1
摘 要
根据 STC10F04 单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点，本文提出一种
用单片机自动控制交通灯及时间显示的方法。同时给出了软硬件设计方法，设计
过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤，对在单片机应用中可能遇到的重要
设计问题都有涉足。本文对十字路口状态预设为三种，一种是正常状态，一种是
紧急状态，另一种是方程式状态。增设路段遇忙调整时方程式控制状态和紧急情
况处理模块，通过手动控制开关按钮 A0 和 A1 方便系统在正常状态和紧急状态、
方程式控制间来回切换，进一步完善了交通灯控制系统。并分别用红、黄、绿灯
的不同组合来指挥两个方向通车与禁行，用 LED 数码管作为倒计时指示，实时的
控制当前交通灯时间使 LED 显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步，在保持
交通安全的同时最大限度的提高交通能顺畅交替运行。本文介绍了控制基本原理
以及控制的表现，同时，论述了系统中交通现状、交通管理、交通规则及背景信
息。
关键词：自动控制，时间显示器，外部中断，延时，方程式控制
2
Abstract
According to the characteristics of single-chip STC10F04 and traffic lights in the
actual control of the characteristics of this paper, a single-chip automatic control with
traffic lights and the method of time display. At the same time, given the hardware
and software design methodology, design process, including the hardware circuit
design and program design two major steps in the single-chip applications that may be
encountered in the design of the important issues are involved. In this paper, the
default state of the crossroads for three, one is the normal state is a state of emergency,
and the other is a state formula. Additional sections of busy status adjustment formula
and an emergency control module Through the manual control switch button
convenience A0 and A1 system in the normal state and a state of emergency, the
equation between the control switch back and forth, and further improve the traffic
light control system. And were red, yellow and green light to direct different
combinations of traffic in both directions and cut-line, with LED digital tube as a
countdown to the instructions, real-time control of the current time for traffic lights to
LED countdown display work and to keep pace with the state of light in the to
maintain safety while minimizing the increase in traffic to alternate running smoothly.
This paper introduces the basic principles of control, as well as the performance of
control at the same time, traffic on the system status, traffic management, traffic
regulations and background information.
Key words: automatic control; time display; external interrupt; delay; control
equation
3
目 录
摘 要 ..............................................................................................................................................1
Abstract.............................................................................................................................................2
目 录 ..........................................................................................................................................3
1 绪论 ........................................................................................................................................4
1.1 交通灯研究的背景和意义..............................................................................................4
1.2 交通灯国内外发展概况..................................................................................................4
2 系统工作原理及设计方案 ......................................................................................................7
2.1 交通灯的工作原理 .........................................................................................................7
2.2 交通灯总体设计方案 .....................................................................................................7
3 硬件系统设计 ......................................................................................................................11
3.1 硬件系统组成 .............................................................................................................11
3.1.1 单片机最小系统 ................................................................................................11
3.1.2 信号显示驱动电路 ............................................................................................15
3.1.3 键盘输入电路 ......................................................................................................16
4 交通灯系统详细设计 ..........................................................................................................18
4.1 软件总体设计思想 .........................................................................................................18
4.2 交通控制算法实现 .........................................................................................................20
4.3 系统初始化模块 .............................................................................................................21
4.4 信息显示模块 ..................................................................................................................22
4.4.1 信号灯模块 ........................................................................................................22
4.4.2 LED 倒计时显示子程序 .....................................................................................26
4.5 键盘扫描模块 ..................................................................................................................29
5 调式总结 ..............................................................................................................................37
6 致 谢 ..................................................................................................................................38
参考文献 ........................................................................................................................................39
附 录 ............................................................................................................................................40
附录一 程序清单 ................................................................................................................40
附录二 交通灯 PCB 图.......................................................................................................48
附录三 交通灯电路原理图.................................................................................................49
4
1 绪论
1.1 交通灯研究的背景和意义
交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十
分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。
城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾是导致城市交通拥挤的根本
原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然
很高，短期内还不可能改变。自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件
里取得什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。
可以肯定的说，对于减轻交通拥塞及其副作用一特别是对于大的交通网络而
言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力很
不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略根本不能实现。在少数几个例子中，
一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。
由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎
可以说真正成熟的控制策略仍然不存在.智能化和集成化是城市交通信号控制系
统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城
市交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键
和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价
值和实用价值。把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系
统才能适应城市交通的发展。从长远来看该研究具有巨大的现实意义。
1.2 交通灯国内外发展概况
随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，
城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环
境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。
交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题
愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接
的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有
其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带
来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增
加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，
在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力
以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外
5
的其他方法来满足日益增长的交通需求。
交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。智能交通系统是将先进的信息技术、
数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集
成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实
时、准确、高效的综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，可以使
道路畅通，提高交通效率。合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调
度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提
高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，
节省能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通信号的智能控制，达到优化路口交
通流的目的
进入 20 世纪 70 年代，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流
理论的不断完善，交通运输组织与优化理论和技术水平不断提高，控制手段越来
越先进，形成了一批商水平有实效的城市道路交通控制系统。早在 1977 年，
Pappis 等人就将模糊控制运用到交通控制上，通过建立规则库或是专家系统对
各种交通状况进行模糊控制，并取得了很好的效果。近年来，欧美日本等相继建
立了智能交通控制系统。在这些系统中，大部分都在路口附近安装磁性环路检测
器，还使用了新型检测器等技术和设备。这些现代化设备技术加上控制理论和现
代化科学管理技术，使得交通控制系统日益完善。随着一些研究控制理论的学者
投身到交通控制的研究中，在交通信号控制领域提出了一些新方法、新思路。如
静态多段配时控制、准动态多段配时控制、最优控制、大系统递阶控制、模糊控
制、神经网络控制，网络路由控制等。模糊交通控制已经成为了交通信号控制的
主流方向之一。国内外很多学者都进行了此类研究。
交通系统作为一个时变的、具有随机性的复杂系统，传统的人为设定多种方
案或是建立各种预测模型均比较困难。城市交通控制研究的起源比较早。1868年，
英国伦敦燃汽信号灯的问世，标志着城市交通控制的开始。1913年，在美国俄亥
俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制。1926年美国的芝加哥市
采用了交通灯控制方案，每个交叉口设有唯一的交通灯，适用于单一的交通流。
从此，交通控制技术和相关的控制算法得到了发展和改善，提高了交通控制的安
全性、有效性，并减少了对环境的影响。
虽然模糊控制能有效处理模糊信息，但是产生的规则比较粗糙，利用规则表
查表进行控制，运算速度虽然比较快，但没有自学习功能。而且这些研究有些以
相序固定为前提。不能保证相序与实际交通流状况的一致性，影响了绿灯时间的
利用率。有些研究则提出了可变相序的模糊控制方法，提高了绿灯时间的利用率，
弥补了相序固定的缺点，但同时也存在一些不足。例如目前应用比较好的交通系
统：SCOOT(经典交通系统)，他们都是主要采用统计模型和经典算法。但城市交
