交通灯控制电路设计作者姓名：2B专业名称：测控技术与仪器指导教师：2B 讲师摘要本设计主要分为三大模块:输入控制电路、时钟控制电路和显示电路。

以AT89C51单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了AT89C51芯片的P0口设置红灯、绿灯和黄灯的燃亮功能；为了系统稳定可靠，采用了74LS14施密特触发器芯片的消抖电路，避免了系统因输入信号抖动产生误操作；显示时间直接通过AT89C51的P2口输出，由CD4511驱动LED数码管显示红灯燃亮时间。

关键词：AT89C51 LED显示交通灯控制AbstractThis design mainly divided into three modules: input control circuit, control circuit and the clock display circuit. With AT89C51 single-chip microcomputer as the center device to designing traffic light controller, realize the AT89C51 chip P0 mouth red lights, a green light and set up the yellow lights brighten function; In order to system is stable and reliable, and USES 74 LS14 Schmitt toggle circuit chip away shaking, to avoid the system for the input signal jitter produce false operation; Show time directly through the P2 mouth AT89C51 output, driven by CD4511 LED digital display red light lit the time.Keywords: AT89C51, LED, display, traffic, control目录摘要 (II)ABSTRACT (III)目录 (IV)1 绪论 (1)1.1道路交通控制的发展背景 (1)1.2道路交通控制的目的和作用 (1)2 设计方案与比较 (2)2.1设计任务 (2)2.2总体方案设计 (3)2.2.1 方案比较 (3)2.2.2方案论证与确定 (4)3 系统原理分析 (5)3.1工作原理简介 (5)3.2总体方框图见图4 (5)3.3系统电路模块分析 (5)3.3.1 消抖电路 (5)3.3.2 振荡、时钟电路和CPU时序 (6)3.3.3 复位电路 (8)3.3.4 LED驱动显示电路 (8)3.3.5 AT89C51芯片控制电路 (11)3.3.6 辅助电源设计 (15)3.4程序设计 (15)3.4.1 主程序设计 (15)3.4.2 P0口的算法 (16)3.4.3 程序流程图 (17)4 元件参数设定 (19)4.1复位元件电路选折 (19)4.2消抖电路元件选折 (19)5 系统调试 (20)5.1系统的调试与故障排除 (20)5.1.1 硬件调试 (20)5.1.2 软件调试 (20)5.2系统的实际效果 (21)6 结束语 (21)[参考文献] (22)附录 (23)DJNZ R1, DEL2 (26)1 绪论1.1 道路交通控制的发展背景随着经济发展，城市化速度加快，机动车辆占有量急剧增加，由此引发出日益严重的交通问题：交通拥挤甚至堵塞，交通事故频繁，空气和噪声污染严重，公共运输系统效率下降等。

解决这一问题通常有两种办法，一种是修路造桥，这对道路交通状况的改善是一种最直接的办法，但它需要巨额的投资，且在城市中心区受拆迁的限制，很难实施．另一种是在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力，大量事实已经证明这种方法的有效性。

通常，一个经验丰富的交通警察能在极短的时间内把一个交叉路口的交通阻塞缓解或解除，但他的作用范围往往局限于单个交叉路口。

而现代的道路交通非常复杂，常常是几个或几十个甚至是成百上千路口互相关联，在这种情况下，任何一个经验丰富的交通警察都无能为力了．因此，人们越来越关注把先进的科学技术用于交通管理，从而促进了交通自动控制技术的不断发展]1[。

1.2 道路交通控制的目的和作用道路交通控制的目的可定义为：在确定的行政规定约束下，采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。

围绕这一目的研制出的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突，同时平稳地、有规则地运动]1[。

道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面：1)改善交通秩序，增加交通安全。

2)减少交通延误，提高经济效益。

3)降低污染程度，保护生态环境。

4)节省能源和土地消耗。

2.2 总体方案设计2.2.1 方案比较方案一本方案主要以8031为核心，用一块74LS373锁存器，2764扩展片外存储器。

电路特点扩展电路复杂。

图2方案一方框图方案二本方案主要以AT89C51为核心，利用8255扩展I/O口。

电路特点I/O口总数较多。

图3方案二方框图方案三本电路采用AT89C51为核心，用一块CD4511译码器，一块74LS14反相器（施密特）解决按键抖动问题。

采用AT89C51芯片使电路更加智能化，可靠性高，电路成本大大下减。

用三基色发光管形象的把交通灯模拟出来，更好达到设计的效果。

电路特点系统电路简单，容易实现，不用扩展I/O口。

图4方案三方框图2.2.2方案论证与确定综合上述三个方案，各有特点和缺点:方案一：采用老式的8031，其本身无内部存储器，为了扩展电路，使电路复杂化，而且无按键消抖电路，容易发生误操作，难以实现设计目的。

方案二：采用AT89C51和扩展口8255组成，电路I/O口较多，但在本电路中造成I/O口浪费和成本的提高。

同样无消抖电路，容易发生误操作。

方案三：采用AT89C51、CD4511译码器和74LS14施密特反相器，且用三基色发光管，本方案克服了方案一和方案二之中共同存在的容量少、无消抖、成本较高、电路复杂的问题。

系统电路不复杂，设计合理，可靠性高，较容易实现交通灯的控制。

所以，经论证和比较决定采用第三个方案更符合实际和经济。

3 系统原理分析3.1 工作原理简介当AT89C51上电复位后，给AT89C51置数,让四方向的红灯全亮,四方向的LED 全显示0。

进行测试,后等待开始命令。

当按下开始按钮,中断INT1非响应,并执行中断服务子程序:南北红灯亮,东西绿灯亮5S→南北红灯亮,东西绿灯闪亮2S→南北红灯亮,东西黄灯亮2S→延时1S→东西红灯亮,南北绿灯亮5S→东西红灯亮，南北绿灯闪亮2S→东西红灯亮,南北黄灯亮2S→不断循环上述过程。

LED数码管同时倒计时显示四方向红灯亮的时间。

当有停止命令,按下SB2,INT0非响应,因为其为优先级中断,所以不管INT1非执行到任何地方都中断。

INT0非中断响应后,LED数码管与交通灯全灭,等待再次开始.3.2 总体方框图见图43.3 系统电路模块分析3.3.1 消抖电路在单片机应用系统中,按键起到了人机对话的主要设备,用于向单片机应用系统输入数据、程序和操作命令。

当按钮按下或松开时，会向单片机CPU输入一个0电平或1电平，CPU根据接收到的0或1电平信号，决定具体的操作。

但是，在按键的按下和松开时，开关的机械触点会产生抖动，一般抖动时间是5～10ms左右，抖动的波形如图5。

在拉动期间CPU不能按收到稳定的电平而无法做出正确的判断，因此，需在对按钮进行去抖动处理。

图5按钮产生抖动的波形示意图为了消除抖动,如图6所示,是利用反相器集成电路来实现消除抖动功能的。

当开始按钮按下时，反相器的①端为高电平，尽管按下按键会产生抖动，但由于反相器的作用，在②端产生一个稳定的低电平。

在按钮松开的过程中，由于①变为低电平，同样由于反相器的作用，在②端产生一个稳定的高电平。

停止消抖动电路原理一样。

.R1图6 除抖动电路原理图74LS14芯片介绍：74LS14 是一个6反相器，如果输入端为高电平，那么输出为低电平。

如果输入低电平，那么输出为高电平。

本电路用74LS14而不用74LS04。

74LS14与74LS04都是74系列的非门。

两者不同的是输入不一样。

74LS04输入是TTL电平，74LS14输入是施密特输入（有滞回特性）。

因为输入不一样，两个芯片的应用场合也有所不同。

74LS04多用于板内一般数据的“非”控制，而74LS14一般用于某些信号的整形或者异受干扰信号的缓冲等]3[。

大部分情况下74LS14可以替代74LS04。

3.3.2 振荡、时钟电路和CPU时序1)振荡、时钟电路振荡、时钟电路。

如图7所示，时钟是单片机的心脏，各部分都以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍的工作。

因此时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。

常用的时钟电路有内部时钟和外部时钟两种。

本设计利用AT89C51内部一个高增益的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。

这两个引脚外接一个石英晶体或陶瓷谐振器就可以与片内振荡器一起构成一个自激振荡器。

对外接电容的要求虽然没有严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度和温度稳定性。

对电容C4和电容C5的要求为：石英晶体：30PF±10PF；陶瓷谐振器：40PF±10PF。

把一个12.0MHZ晶振和两个33PF电容器组成的外部时钟振荡电路，接于XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）之间。

这样振荡器发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。

GND图7时钟电路2)CPU时序单位因为单片机系统经常要控制一些外部的实时器件,这需要单片机系统提供实时的时钟信号,为了与CPU同步故必须采用同样的时钟信号。

单片机以晶体振荡器的振荡周期(或外部引入的时钟周期)为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。

振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期，所以，1个状态周期包含有2个振荡周期。

Fosc振荡频率l2分频后形成机器周期MC。

所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期。

1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。

AT89C51单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。

4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值(例如，波特率、定时器的定时时间等)的基本时序单位。