河南职业技术学院毕业设计（论文）题目交通灯控制系统设计系（分院）电气工程系学生姓名学号专业名称电子信息工程技术专业指导教师年月日河南职业技术学院电气工程系（分院）毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）指导教师评阅意见表毕业设计（论文）答辩意见表交通灯控制系统设计摘要：随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果。

近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。

本模拟交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。

从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。

系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景。

本模拟系统由单片机硬/软件系统，两位8段数码管和LED灯显示系统等组成，较好的模拟了交通路面的控制。

关键词：交通灯单片机AT89C51 数码管LED灯显示前言近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制日新月益的更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。

加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。

对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1.经常出现的情况是某一车道车辆较多，放行时间应该长一些，另一车道车辆较少，放行时间应该短些。

2.没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，例如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。

基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况。

利用单片机控制技术．提出了软件和硬件设计方案，能够实现道路的最大通行效率。

一、总体设方案(—)、交通灯控制系统的设计思路根据交通灯的具有的功能，将它主要分为三部分，包括数码管显示剩余时间部分、交通灯显示部分和按键实现部分。

总体设计思路如图2-1所示。

1、 LED 显示剩余时间根据实际生活中使用的交通灯，在此次的智能交通灯的设计中也将具有显示时间的功能，使我们的设计与实际结合起来，在此部分LED 灯将配合红黄绿灯的发光时间显示数据，对于每个数据将使用定时器来实现定时1秒，当1秒时间到达，LED 上显示的时间自动减1，当时间减至为0，交通灯变换红黄绿灯。

智能交通LED 显 示 剩 余 时 间 相应 交通灯发光中断进入紧急状态图1 总体设计思路图2、交通灯此部分将与LED灯紧密联系起来，当数码管显示数字减至为0时，变换发光的灯，不为0，将保持原有状态。

3、紧急状态的设计在现实生活中随时有突发情况的发生，为了保证交通的正常通行，特地设计了应对紧急状况的特殊情况。

在出现紧急状况时，可以通过人为操作进入特殊情况。

在此包含了4种特殊情况，包括加长东西南北方向的通行时间，四个方向均禁行，东西方向保持通行南北方向禁行，南北方向保持通行东西方向禁行。

当特殊情况结束时，人为操作进入正常状态。

二、单元模块设计(一)、硬件设计1、 AT89C51介绍芯片AT89C51的外形结构和引脚图如图3-1所示。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MC-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图2 AT89C51引脚图2、芯片74LS273介绍74LS273是8位数据/地址锁存器，如图3-2所示，它是一种带清除功能的8D触发器，下面介绍一下它的管脚图功能资料。

1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时，输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0，即全部复位。

当1脚为高电平时，11(CLK)脚是锁存控制端，并且是上升沿触发锁存，当11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。

图3 74LS273引脚图3、多位数码管图 4 多位数码管LED显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也称为七段LED显示器。

为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，即字形代码。

其段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是一个字节。

智能交通灯用到的数字0—9的共阳极字形代码如下表：驱动代码表显示数值驱动代码（16进制）0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H90H4、时钟电路设计图5 时钟电路MCS-51单片机芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。

当使用内部振荡电路时，XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，如图所示，图中C2、C3大小一般为30pF。

还加了复位/备用电源引脚的接线方法，任何单片机在工作之前都要进行复位，以便CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始化状态，并从这个状态开始工作，也就是程序开始执行之前，单片机做好准备工作。

如何进行复位呢？只能在单片机的RST引脚上保持两个机器周期（24个时钟周期）的高电平即可对单片机实现复位操作。

当主电源VCC发生掉电或者是电压降低到电平规定值时，VPD上外接的备用电源自动启用，为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使系统在恢复上电后能正常运行。

5、复位电路设计图6 复位电路AT89C51的复位是由外部的复位电路实现的。

复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式。

在此次设计中，我使用了上电复位方式。

上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。

6、交通灯硬件线路图结合各部分设计电路，得到交通灯硬件线路如图7所示。

图7 硬件线路图(二)、程序设计1、LED显示程序设计思路如图8所示。

图8 LED显示流程图2、交通灯程序在这部分我设置南北方向通行，东西方向禁行为初始状态，持续时间为60S。

最后5S黄灯闪烁，然后南北方向禁行，东西方向通行，持续时间仍为60S，最后5S黄灯闪烁，回到初始状态。

如此循环，程序流程图如图9所示。

图9 交通灯程序流程图3、紧急情况程序当需要应对特殊情况时，在人为控制下，程序由中断入口地址切换到中断程序，根据实际情况的不同切换到不同的中断子程序，当紧急情况处理完，由人为控制返回原程序。

程序流程图如图10所示。

图10 紧急情况程序流程图三、软件仿真(一)、 Keil C51单片机软件开发系统采用KEIL开发的89C51单片机应用程序步骤：1、在uVision集成开发环境中创建新项目（Project）,扩展文件名.UV2并为该项目选定合适的单片机CPU器件（本设计采用ATMEL公司下的AT89C51）。

2、用uVision的文本编辑器编写源文件，可以是汇编文件（.ASM），也可以使C语言文件（扩展名.C），并将该文件添加到项目中去。

一个项目文件可以包括多个文件，除了源程序文件外，还可以是库文件、头文件或文本说明文件。

3、通过uVision2的相关选择项，配置编译环境、连接定位器以及Debug调试器的功能。

4、对项目中的源文件进行编译连接，生成绝对目标代码和可选的HEX 文件，如果出现编译连接错误则返回到第2步，修改源文件中的错误后重构整个项目。

5、对没有语法错误的程序进行仿真调试，调试成功后将HEX文件写入到单片机应用系统的ROM中。

(二)、PROTEUS的操作1、硬件电路图的接法操作(1)防止选择（删除）元器件(2)移动元器件(3)缩放视图(4)连接导线(5)仿真、调试2、单片机系统PROTEUS设计与仿真过程Proteus设计过程一般也可分为三步：(1)在ISIS平台上进行单片机系统电路设计、选择元器件、接插件、连接电路和电气检测等。

简称Proteus电路设计。

(2)在Keil平台上进行单片机系统程序设计、编译、汇编编译、代码级调试，最后生成目标代码文件（*. hex）。

简称Proteus源程序设计和生成目标代码文件。

(3)在ISIS平台上将目标代码文件加载到单片机系统中，并实现单片机系统的实时交互、协同仿真。

它在相当程度上反映了实际单片机系统的运行情况。

简称Proteus仿真。

3、仿真结果将在Keil平台上生成目标代码文件（*. hex）加载到单片机系统中，点击运行按钮，运行结果显示如图11所示。

图11 硬件仿真图开始运行后，南北方向通行，东西方向禁行，同时数码管从60显示，每隔一秒数码管减一，当减到5时，四路的黄灯开始闪烁，数码管同时从5开始减一，减到0时，南北方向禁行，东西方向通行，同时数码管从60显示，每隔一秒数码管减一，当减到5时，四路的黄灯开始闪烁，数码管同时从5开始减一，减到0时，返回初始状态，再没有外部中断的情况下如此循环下去。

图12 四个方向禁行硬件仿真图K1为外部中断按钮，当按下K1时，数码管不再显示数，黄灯闪烁五秒后，四路灯都为红色。

当按下复位开关后，返回到初始状态。

图13 南北通行东西禁行硬件仿真图K2为外部中断按钮，当按下K2时，数码管不再显示数，黄灯闪烁五秒后，南北方向保持通行，东西方向保持禁行。

当按下复位开关后，返回到初始状态。

图14 南北禁行东西通行硬件仿真图K3为外部中断按钮，当按下K3时，数码管不再显示数，黄灯闪烁五秒后南北方向保持禁行，东西方向保持通行。

当按下复位开关后，返回到初始状态。

图15 延长四个方向通行时间的硬件仿真图K4为外部中断按钮，当按下K4时，南北东西方向的通行时间均延长至120S。

当按下复位开关后，返回到初始状态四、结束语通过本次设计，我受益匪浅。