基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)顯交通燈設(shè)計(jì)

于希辰

摘 要：本文使用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)十字路口車輛運(yùn)行進(jìn)行管理控制，不僅可實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃三色信號(hào)燈的顏色切換，倒計(jì)時(shí)控制，又可根據(jù)實(shí)際路況需要，對(duì)通行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，如緊急停止等，該系統(tǒng)較好地解決了交通十字路口車輛通行管控問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 交通燈 數(shù)碼管

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（c）-0039-02

近年來(lái)，隨著工業(yè)社會(huì)生產(chǎn)水平的發(fā)展，國(guó)民生活質(zhì)量有較大提高，擁有私家車數(shù)量逐步上升，但隨著我國(guó)汽車擁有量的提高，道路擁堵問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重，這給我國(guó)的交通運(yùn)輸系統(tǒng)帶來(lái)較大壓力。因此，在現(xiàn)代社會(huì)中，如何根據(jù)各交通十字路口車流量對(duì)各個(gè)路口的車輛通行進(jìn)行高效的管理控制，以此提高交通運(yùn)輸效率成為社會(huì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

1 基于單片機(jī)的數(shù)顯交通燈功能分析

為對(duì)十字路口交通進(jìn)行合理而有效的控制，本文設(shè)計(jì)的數(shù)顯交通燈系統(tǒng)需具備以下3種功能：（1）在十字路口進(jìn)行控制時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)紅、綠、黃3種顏色信號(hào)燈的顏色切換顯示，以此來(lái)提示各個(gè)方向汽車進(jìn)行直道通行、停止通行或轉(zhuǎn)彎；系統(tǒng)應(yīng)用七段數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間顯示，對(duì)直道通行、停止通行或轉(zhuǎn)彎時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，提示各路口汽車通行時(shí)間。（2）當(dāng)路口遇到緊急狀況，按下緊急按鈕，使東西南北所有路口信號(hào)燈變?yōu)榧t色，七段數(shù)碼管停止時(shí)間倒計(jì)時(shí)，提示各路口車輛停止運(yùn)行，便于處理十字路口發(fā)生的緊急狀況。（3）當(dāng)東西南北某一方向車流量較大，容易發(fā)生擁堵時(shí)，按下按鍵，人工調(diào)節(jié)各方向通行或停止時(shí)間，達(dá)到提高道路通行效率的目的。如能夠?qū)崿F(xiàn)所述的這三種基本功能，則本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠滿足各路口的交通控制需求，有效地對(duì)汽車通行狀況進(jìn)行管理控制。

2 基于單片機(jī)的數(shù)顯交通燈設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)上文列出的十字路口交通控制三項(xiàng)基本功能，系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為交通燈控制設(shè)計(jì)的核心模塊。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后，為使人工管理控制更加方便快捷，還需對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以便于程序的調(diào)整管控。下文將分別對(duì)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)仿真這幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

2.1 單片機(jī)數(shù)顯交通燈硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、七段數(shù)碼管顯示電路、紅綠黃信號(hào)燈顯示電路等組成。各電路的作用如下：（1）復(fù)位電路。當(dāng)單片機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行程序，或在運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤，可使用復(fù)位電路，使單片機(jī)恢復(fù)到最初的設(shè)定狀態(tài)。此電路便于人員對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試糾正，防止系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)無(wú)法恢復(fù)的狀況。（2）晶振電路。單片機(jī)為了正常工作需要一個(gè)穩(wěn)定的，高頻率的脈沖，因此，在使用單片機(jī)時(shí)需要用到晶體振蕩器。本文所使用的單片機(jī)AT89C51的XTAL1、XTAL2引腳需要連接晶體振蕩器，同時(shí)還需在晶體振蕩器兩端并聯(lián)上兩個(gè)電容，這兩個(gè)電容均為30pF，對(duì)于晶體振蕩器有微調(diào)的作用，震蕩頻率為12MHz。（3）按鍵電路。當(dāng)東西南北某一路口車流量較大或較少時(shí)，需要對(duì)該方向的通行時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)或減少，控制人員通過(guò)按鍵電路操作，對(duì)七段數(shù)碼管顯示的時(shí)間進(jìn)行增加或減少，以此達(dá)到管控通行時(shí)間，控制路口車流量的目標(biāo)。（4）七段數(shù)碼管顯示電路。采用4個(gè)兩位共陰極數(shù)碼管，單片機(jī)AT89C51中P3.4、P3.5、P3.6、P3.7作為東西南北4個(gè)數(shù)碼管的位選端，當(dāng)P3.4、P3.5、P3.6、P3.7中某一端口有輸出信號(hào)時(shí)，與之相連接的兩位共陰極數(shù)碼管被選中，開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)工作；P1.0～P1.7這8個(gè)端口作為4個(gè)數(shù)碼管的輸入控制端口，用于點(diǎn)亮七段數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間倒計(jì)時(shí)顯示。該倒計(jì)時(shí)功能不僅可進(jìn)行直道通行的倒計(jì)時(shí)控制，也可進(jìn)行車輛拐彎的倒計(jì)時(shí)控制。（5）紅綠黃信號(hào)燈顯示電路。硬件電路中，紅、綠、黃三色信號(hào)燈作為一組，本系統(tǒng)一共使用4組紅綠黃信號(hào)燈，分別表示南北方向直行控制、南北方向拐彎控制、東西方向直行控制、東西方向拐彎控制。系統(tǒng)通過(guò)AT89C51單片機(jī)中P0、P2端口對(duì)紅綠黃信號(hào)燈進(jìn)行點(diǎn)亮控制，其中P0口控制南北方向的拐彎和直行，P2口控制東西方向的拐彎和直行。以此實(shí)現(xiàn)交通路口紅、綠、黃燈顏色切換，控制車輛的直行拐彎停止。

2.2 單片機(jī)數(shù)顯交通燈軟件設(shè)計(jì)

本文數(shù)顯交通燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能可分為以下幾個(gè)階段：第一階段：?jiǎn)?dòng)程序，南北方向數(shù)碼管字符顯示40s，東西方向數(shù)碼管字符顯示60s，并開始倒計(jì)時(shí)；南北方向直行綠色信號(hào)燈亮拐彎紅色信號(hào)燈亮，提示交通十字路口南北方向直道行駛，而東西方向直行和拐彎紅色信號(hào)燈亮，提示東西方向禁止通行，七段數(shù)碼管進(jìn)行36s倒計(jì)時(shí)，當(dāng)南北方向數(shù)碼管顯示字符為4s，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為24s時(shí)，本階段狀態(tài)結(jié)束，進(jìn)入第二階段。第二階段：南北方向直行黃色信號(hào)燈亮拐彎信號(hào)燈為紅色，東西方向直行和拐彎紅色信號(hào)燈亮，提示南北方向直道緩慢行駛，東西方向仍保持禁止通行狀態(tài)，此階段中南北方向數(shù)碼管進(jìn)行4s倒計(jì)時(shí)，當(dāng)南北方向七段數(shù)碼管顯示字符為0s，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為20s時(shí)，該階段狀態(tài)結(jié)束，進(jìn)入第三階段。第三階段：南北方向拐彎綠色信號(hào)燈亮，而南北方向直行紅色信號(hào)燈亮，東西方向直行和拐彎的信號(hào)燈仍為紅色，表明南北方向此刻車輛可拐彎但禁止直行，東西方向禁止通行。系統(tǒng)剛進(jìn)入本階段時(shí)，南北方向七段數(shù)碼管顯示字符由第二階段最后的0s切換為20s，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為20s，系統(tǒng)開始進(jìn)行20s倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，南北方向和東西方向七段數(shù)碼管顯示字符均為0s，則該階段結(jié)束，進(jìn)入第四階段。第四階段：南北直行和拐彎紅色信號(hào)燈全亮，東西方向直行綠色信號(hào)燈亮拐彎紅色信號(hào)燈亮，提示車輛南北方向禁止通行，東西方向直行。南北方向七段數(shù)碼管在剛進(jìn)入第四階段時(shí)顯示字符為60s，東西方向顯示字符為40s，開始進(jìn)行36s倒計(jì)時(shí)，當(dāng)東西方向數(shù)碼管顯示字符為4s，本階段狀態(tài)結(jié)束，進(jìn)入第五階段。第五階段：東西方向直行黃色信號(hào)燈亮拐彎信號(hào)燈為紅色，南北方向直行和拐彎紅色信號(hào)燈亮，提示東西方向直道緩慢行駛，東西方向數(shù)碼管進(jìn)行4s倒計(jì)時(shí)，當(dāng)東西方向七段數(shù)碼管顯示字符為0s，該階段狀態(tài)結(jié)束，進(jìn)入第六階段。第六階段：東西方向拐彎綠色信號(hào)燈亮，而東西方向直行紅色信號(hào)燈亮，南北方向直行和拐彎的信號(hào)燈仍為紅色，表明東西方向此刻車輛可拐彎但禁止直行，南北方向禁止通行。系統(tǒng)剛進(jìn)入本階段時(shí)，東西方向七段數(shù)碼管顯示字符由第二階段最后的0s切換為20s，南北方向七段數(shù)碼管顯示字符為20s，系統(tǒng)開始進(jìn)行20s倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，南北方向和東西方向七段數(shù)碼管顯示字符均為0s，則該階段結(jié)束，又循環(huán)進(jìn)入第一階段。

程序包括顯示子程序，中斷子程序，延時(shí)子程序。顯示子程序使7段數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，通過(guò)LED倒計(jì)時(shí)情況，利用AT89C51單片機(jī)的程序控制P0、P2口取值。其中09H表示紅燈全亮，0AH表示直道行駛黃燈，拐彎紅燈，0CH表示直道行駛綠燈，拐彎紅燈，21H表示直道行駛紅燈，拐彎綠燈；當(dāng)外部出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，中斷子程序令所有路口信號(hào)燈變?yōu)榧t色，所有車輛停止運(yùn)行；當(dāng)某一方向出現(xiàn)擁堵，延時(shí)子程序使該方向通行時(shí)間延長(zhǎng)。

2.3 單片機(jī)數(shù)顯交通燈仿真

本文采用Proteus軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，方便技術(shù)人員對(duì)于軟件硬件的監(jiān)測(cè)管理。系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)南北數(shù)碼管顯示時(shí)間40s，東西數(shù)碼管顯示時(shí)間60s，仿真情況如圖1所示，可實(shí)現(xiàn)東西南北4個(gè)路口車輛的直行拐彎停止控制，如遇緊急情況按下急停按鍵所有信號(hào)燈變?yōu)榧t色。Proteus仿真顯示本文所設(shè)計(jì)的基于AT89C51單片機(jī)數(shù)字交通燈系統(tǒng)能夠基本實(shí)現(xiàn)交通路口車輛的管控。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)單片機(jī)對(duì)道路交通進(jìn)行控制，使車流量的管控效率得到提高。但本系統(tǒng)使用人工按鍵方式實(shí)現(xiàn)道路通車時(shí)間延長(zhǎng)，在今后的設(shè)計(jì)中，可結(jié)合路況檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)擁堵情況實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)通車時(shí)間，進(jìn)一步提高管控車流量的效率。

參考文獻(xiàn)

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