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基于AT89S51单片机的交通灯设计 (3).docx
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1.引言
在今天,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有
效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。
1858 年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械
扳手式信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年,
英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界
上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,
绿色表示“注意”。1869 年 1 月 2 日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。
1914 年,电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的
投光器组成,安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”,绿灯
亮表示“通行”。
智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行 ,实现红、黄、绿灯的自
动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题.在城乡街道的十字交叉路口,为了保证
交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红
灯亮,表示该条道路禁止通行; 黄灯亮,表示该条道路上未过停车线的车辆停止通
行,已过停车线的车辆继续通行 ; 绿灯亮,表示该条道路允许通行 .交通灯控制电
路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换 ,指挥各种车辆和行人安
全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。
本文为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化. 分析应用了
单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明
该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。
2 系统设计要求与整体规划
2.1 基础设计要求
1)设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求南北方向和东西方向两个交
叉路口的车辆交替运行,两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间,
车流量大,通行时间长,车流量小,通行时间短。
2)每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮 5S,才能变换运行车辆。
3)东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时
间都用数码管显示器进行显示(采用倒计时的方法)。
4)同步设置人行横道红、绿灯指示。
2.2 系统规划
我们将系统设计成可分离单独工作的主控制机与客户端的形式,但是和传
统的 C/S 模式不一样的是,每个终端机可以脱离主控制机而独立工作。即使主控
制机停止工作,或者由于某种原因不能正常工作,各终端机也可以照常稳定的工
作。各个终端机负责管理路口的多个信号灯。为了方便我们称主控制机为主系统,
各个终端机称为子系统。控制系统的总框图如图 2-1 示
远程主系统计算机
路口子系统
…………
路口子系统
…………
路口子系统
B 道交通信号灯
2.3 方案论证和比较
1) 智能交通灯的研究现状
目前设计交通灯的方案有很多,有应用 CPLD 设计实现交通信号灯控制器
方法;有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号
灯设计的方法。目前,国内的交通灯一般设在十字路门,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
存在缺点:两车道的车辆轮流放行时间相同且固定, 在十字路口,经常一个车
道为主干道,车辆较多,放行时间应该长些;另一车道为副干道,车辆较少,放
行时间应该短些
2) 智能交通灯的设计方案及改进措施
针对道路交通拥挤,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及改进措施:根据各道路路口车流量的大小自动调节
通行时间。
由于 AT89S51 单片机自单带有 2 计数器,6 个中断源,能满足系统的设计要
求。用单片机设计不但设计简单,而且成本低,用其设计的交通灯也满足了要求,
所以本文采用单片机设计交通灯。系统构图如图 2-2 所示:
南北检测点
东
西
检
测
点
AT89S51
紧急控制开关
图 2-2 系统结构框图
3 AT89S51 单片机简介
3.1 单片机概述
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。通常,
单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理
器、存储器和 I/O 接口电路等。因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相
结合,便可成为一个单片机控制系统。
AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗,高性能 CMOS8 位单片机,片内
含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密
度、非易失性存储技术生产,兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序
存储器 既可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单
片芯片中,ATMEL 公司的功能强大,低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价
比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
3.2 AT89S51 单片机的主要性能参数和主要引脚
3.2.1 主要性能参数
与单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、1000 次擦写周期、
全静态操作:0Hz~33Hz、三级加密程序存储器、32 个可编程 I/O 口线 、三个
16 位定时器/计数器 八个中断源 、全双工 UART 串行通道低功耗空闲和掉电模
式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
3.2.2 AT89S51 芯片内部结构简介
·中央处理器:
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是 8 位数据宽度的处理器,能
处理 8 位二进制数据或代码,CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的
工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
·数据存储器(内部 RAM):
数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51 中数据存储器的地址空间为 256
个 RAM 单元,但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面 128 个,后 128
个被专用寄存器占用。
·程序存储器(内部 ROM):
程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器,且其
又多种类型,在 89 系列单片机中全部采用闪存。AT89S51 内部配置了 4KB 闪存。
·定时/计数器(ROM):
定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51 共有 2 个 16 位定时/计数器。
·并行输入输出(I/O)口:
8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3),用于对外部数据的传输。每
个口都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的
并行输入与输出,有些 I/O 口还有其他功能。
·全双工串行口:
A89S51 内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,
该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。
·时钟电路:
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。
·中断系统:
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51
共有 5 个中断源,其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源。
图 3-2 是 AT89S51 系列单片机的内部结构示意图。
图 3-2 AT89S51 系列单片机的内部结构示意图
3.2.3 主要引脚功能
AT89S51 引脚图如图 3-1 所示:
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