基于AT89C51單片機的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真

摘要：AT89C51單片機的交通燈控制系統(tǒng)是由AT89C51單片機、鍵盤電路、LED倒計時、交通燈顯示等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設(shè)置、可倒計時顯示、急車強行通過、交通特殊情況處理等相關(guān)功能，實驗采用AT89C51單片機為控制芯片，采用“Proteus+KeilμVision2”對交通燈控制系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟、有效地解決交通堵塞問題，提高交通路口的通行能力。
關(guān)鍵詞：AT89C51單片機；倒計時；特殊情況控制與處理；Proteus仿真

0 引言
     隨著微控技術(shù)的日益完善和發(fā)展，單片機的應(yīng)用不斷走向深入。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，極大地提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化控制。同時，伴隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，私家車、公交車的增加，無疑會給我國的道路交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞問題的困擾。為解決交通堵塞問題，采用AT89C51單片機為核心，與74LS86與74LS04組成特殊情況控制電路、七段數(shù)碼管及LED組成顯示電路，設(shè)計出以人性化、智能化為目的的交通燈控制系統(tǒng)，如遇特殊情況可人為控制交通從而解決交通堵塞的實際問題，整個電路簡單，易于實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)總體功能描述
    根據(jù)日常生活中交通繁忙路段十字路口車輛和行人的通行情況，設(shè)置本交通燈控制器控制十字路口的各交通按照以下規(guī)則轉(zhuǎn)換狀態(tài)：
    (1)主干道(A道)先通行且通行時間為45 s；
    (2)支道(B道)通行時間為25 s；
    (3)主道與支道的車輛交錯通行；
    (4)主道與支道轉(zhuǎn)換時，綠燈變紅燈時，先綠燈閃3 s，而此時另一個紅燈不改變，然后黃燈亮2 s。
    (5)若遇緊急情況，按開關(guān)K1時，主道與支道都為紅燈20 s；
    (6)根據(jù)實時交通堵塞情況人為控制時，按K2時，主道延時30 s通行，按K3時，支道延時30 s通行。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    整個系統(tǒng)主要由主控中心(單片機)、復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵控制電路、數(shù)碼管顯示電路及LED模仿交通信號燈電路等功能模塊組成。遇到特殊情況時可以通過按鍵電路控制實時交通實際情況，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2．1 最小應(yīng)用系統(tǒng)
    系統(tǒng)中，復(fù)位電路、時鐘電路與51單片機組成最小應(yīng)用系統(tǒng)，使交通控制系統(tǒng)可以正常工作。其中復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，如圖2所示。

2．2 數(shù)碼時間顯示電路
    七段LED數(shù)碼管是由八個發(fā)光二極管構(gòu)成，通過給其引腳不同的高低電平，從而顯出0～9的數(shù)字和小數(shù)點，本文通過四個一位數(shù)碼管并聯(lián)通過P3口當(dāng)中的P3．0與P3．1與STATIC DISPLAY模塊來控制數(shù)碼管時間的顯示，如圖2所示。
2．3 信號燈電路設(shè)計
    本電路的設(shè)計，應(yīng)用單片機P2口中的P2．1～P2．6通過7405芯片來控制12個發(fā)光二極管模擬交通信號燈的工作情況，其中P2.1，P2.2，P2．3分別通過7405來控制A道路的綠燈、黃燈和紅燈，用P2．4，P2．5，P2．6分別通過7405來控制B道路的綠燈、黃燈和紅燈。采用共陽極的連接方式，所以當(dāng)P2．1～P2．6中相應(yīng)輸出高電平經(jīng)過7405取反變成低電平時對應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。
    根據(jù)上述對系統(tǒng)各部分的電路設(shè)計，本文設(shè)計的完整系統(tǒng)電路圖如圖2所示。
2．4 控制開關(guān)
    當(dāng)需要根據(jù)實時交通堵塞情況實行人為控制時或遇到緊急情況時，開關(guān)能夠起到控制的作用，并能使各路交通回到初始狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計
    主程序中完成對交通燈系統(tǒng)的初始化工作，使得主干道與支道能正常轉(zhuǎn)換工作，在此系統(tǒng)中，由于要用七段LED數(shù)碼管顯示交通倒計時間，在主程序當(dāng)中，分別調(diào)用了三個子程序，一個是延時子程序，延時500ms，在用一個寄存器來計循環(huán)次數(shù)，循環(huán)2次，達到定時1 s，分別為綠燈閃爍調(diào)用時間，數(shù)碼管顯示調(diào)用時間，一個是顯示子程序，用來顯示主干道與支道的時間，另一個是中斷子程序。主程序流程圖如圖3所示。
    本系統(tǒng)采用兩種中斷來實現(xiàn)交通燈控制器的功能。
    設(shè)置外部中斷INT0，該中斷用來處理緊急情況，當(dāng)交通燈控制器出現(xiàn)故障或交通出現(xiàn)嚴(yán)重事故需要封鎖道路時，調(diào)用該中斷，使主道和支道的交通燈均為紅燈20 s。該中斷具有最高的優(yōu)先級。
    設(shè)置外部中斷INT1，該中斷用來處理根據(jù)主道與支道車輛實時交通情況的多少實行延長時間通行，通行延時30s。
    INT0，INT1中斷子程序流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)仿真
    為了方便程序調(diào)試，本文采用了Proteus仿真，仿真圖電路如圖2所示，最高級中斷功能仿真結(jié)果如圖4所示。

5 結(jié)論
    基于C51系列單片機設(shè)計的交通控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)簡單、低成本、智能操作、數(shù)碼顯示。該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟、有效地解決交通堵塞問題，提高交通路口的通行能力。