基于单片机的交通信号灯控制系统设计说明 (2).docx

### 基于单片机的交通信号灯控制系统设计说明 #### 1. 引言 随着城市化进程的加速，交通问题日益突出，如何高效、智能地管理交通信号成为了一个重要的课题。本设计旨在利用单片机技术实现一套简易但实用的交通信号灯控制系统，以期提高交通效率和安全性。 #### 2. 设计任务及思路 设计任务是构建一个能控制十二盏交通信号灯的模拟系统。该系统将模拟实际十字路口的情况，东西方向和南北方向各装有直行（包括右拐弯）控制红、黄、绿交通信号灯，同时还需具备倒计时显示器以显示信号灯剩余时间。系统还需配置启动和停止按钮，以控制信号灯系统的运行状态。 #### 3. 单片机 ##### 3.1 单片机简介 单片机是一种高度集成的微型计算机系统，其核心组件包括CPU（中央处理器）、RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）等，同时集成了多种接口和中断系统等功能。这种设计使得单片机能够在较小的空间内实现强大的数据处理能力和控制功能。 ##### 3.2 单片机基本结构 单片机的基本结构包括以下几个部分： - **运算器**：负责执行各种算术逻辑运算。 - **控制器**：用于控制整个单片机的工作流程。 - **存储器**：包括ROM和RAM，分别用于存储程序和数据。 - **输入输出设备**：包括定时器/计数器、串行通信接口等，用于实现对外部设备的数据交换。 ##### 3.3 单片机硬件特性 单片机具有以下特点： - **集成度高**：如8031单片机包含4KB的ROM（在8031中无内置ROM）、128B RAM、两个16位定时计数器、四个8位并行I/O口及一个全双工串行口等。 - **系统结构简单**：易于模块化设计。 - **可靠性高**：能够在恶劣环境下长时间稳定工作。 - **处理能力强**：具有快速的处理速度。 #### 4. 芯片的选择 ##### 4.1 74LS373与74LS07芯片 74LS373是一种带有三态门的锁存器，主要用于数据锁存，其主要功能是将输入数据锁定在输出端。74LS07则是一种六驱动器高压输出芯片，常用于增强输出电流能力。 - **74LS373**：此芯片有8个数据输入端（1D~8D）和8个数据输出端（1Q~8Q），通过控制端LE来决定是否将输入数据锁存到输出端。当LE为低电平时，输出跟随输入变化；当LE由高电平变为低电平时，锁存数据。 - **74LS07**：这是一种六通道的开放集驱动器，可以增强输出驱动能力，适用于驱动LED等负载。 ##### 4.2 8255芯片 8255是一种可编程并行接口芯片，广泛应用于单片机系统中作为外部设备的接口。它具有三个8位并行I/O端口（A、B、C口），可以通过编程设置不同的工作模式，以满足不同应用需求。具体来说： - **A口和B口**：可以工作在方式0（基本输入/输出）、方式1（选通输入/输出）或方式2（双向输入/输出）。 - **C口**：可以分为上下两个半口独立工作，每个半口都可以单独设置为输入或输出模式。 - **控制字格式**：通过设置控制寄存器中的特定位，可以改变各个端口的工作模式和方向。 #### 5. 交通灯控制原理分析及方案论证 本节将详细探讨交通信号灯控制的基本原理和设计方案。为了确保交通安全和流畅，交通信号灯需要按照一定的规则进行变换，比如红灯停、绿灯行、黄灯警告等。 - **控制规律**：系统启动后，东西方向先亮绿灯，经过一段时间（例如25秒）后绿灯开始闪烁，随后切换至黄灯（3秒），此时南北方向始终亮红灯。之后南北方向绿灯亮起，东西方向转为红灯，重复这一过程。 - **启动与停止**：系统配备启动和停止按钮。启动按钮按下后，信号灯开始工作并循环运行；停止按钮按下，则所有信号灯熄灭。 #### 6. 系统硬件设计 ##### 6.1 总体设计 系统的总体设计主要包括单片机最小系统、显示与驱动模块以及必要的外围电路等组成部分。 ##### 6.2 单片机最小系统 - **振荡电路**：提供单片机所需的时钟信号。 - **复位电路**：确保单片机能够正常复位启动。 ##### 6.3 显示及其驱动模块 - **键盘与状态显示**：用于输入控制命令和显示当前状态。 - **倒计时计数功能**：通过软件编程实现信号灯倒计时显示。 #### 7. 系统软件设计 ##### 7.1 延时程序设计 - **计数器硬件延时**：利用单片机内部计数器实现延时。 - **软件延时**：通过编写循环指令实现延时效果。 ##### 7.2 时间及信号灯的显示 - **8031并行口的扩展**：由于8031单片机本身没有内置ROM，因此需要外扩EPROM以存储程序代码。通过编程实现信号灯的定时控制和显示功能。 通过以上分析可以看出，基于单片机的交通信号灯控制系统不仅能够有效地控制交通信号的变化，还能够通过软件编程实现灵活的功能扩展。此外，通过对硬件和软件的精心设计，还可以进一步提高系统的可靠性和稳定性。