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电子设计综合训练报告

单片机控制的交通灯控制系统设计

2010 年 6 月 8 日

- 1 -

摘要

本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括

人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，

还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及

根据具体情况手动控制等功能。

本设计是单片机控制的交通灯控制系统。单片机即单片微型计算机。由

RAM，ROM，CPU 构成，其集定时、计数和多种接口与一体的微控制器。它

体积小、成本低、功能强，广泛的应用于只能产业和工业自动化上。而 51 系

列单片机是各类单片机中最为典型和富有代表性的一种。

本设计的意义在于通过具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一

般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段。使大家能在实践教学

环节中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。

红绿灯控制是智能交通系统的一个重要部分，本文给出了一个用单片机控制

的简易交通红绿灯自动控制系统。该系统适用于十字路口，并对放行和禁行时

间进行倒计时显示（秒）。

在车辆通行繁忙的十字交叉路口设置的交通灯控制系统，其特点是：道路较

窄而车流量较大，主干道，支干道的车辆通行时间不等，，同时设有道路应急

控制。具体的情况是：在正常的情况下，东西支干道通行时间为 20 秒，南北

主干道通行时间为 30 秒，每个方向在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮 5 秒钟，

才能变换运行车道。并且能够在人工监控状态下，如果一道有车而另一道无车

交通灯控制系统能立即让有车道放行。而且有紧急车辆要求通过时，系统要能

禁止普通车辆通行。

关键字：单片机红绿灯 AT89S52 Proteus 仿真

1 概述

1.1 课题名称……………………………………………………………………4

1.2 设计要求……………………………………………………………………4

1.3 设计意义……………………………………………………………………4

2 系统总体方案及硬件设计

- 2 -

1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上

的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为 30 秒、支干道每次通行间为 20

秒，时间可设置修改；

2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮 5 秒钟，才能变换运行车道；

3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；

4）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

时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）；

5）一道有车而另一道无车（实验时用开关 K0 和 K1 控制），交通灯控制

系统能立即让有车道放行；

6）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通行，A、B 道均为红

灯，紧急车由 K2 开关模拟。

1.3 设计意义

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，还存在以下缺点：

1．两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．没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧

急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。

基于传统交通灯控制系统设计过于死板，红绿灯交替是间过于程式化的缺

点，智能交通灯控制系统的设计就更显示出了它的研究意义，它能根据道路交

通拥护，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，能够实现道路的最大通行效率。

2 系统总体方案及硬件设计

2.1 芯片的选择与简单介绍

主控芯片采用 AT89S52 单片机（其管脚图如图－

１所示）。单片机，亦称单片微型计算机。它是把中

央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储

器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功

能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。

计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕

竟体积大。于是，微型计算机（即单片机）在这种情

况下诞生了。纵观生活的各个领域，从导弹的导航装

置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯

与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处

理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子

宠物等，这些都离不开单片机。　　　　

- 4 -

（图－１）

单片机以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色，在工业控制、

尖端武器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说 C 语言

程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、

学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。

MCS-51 单片机是指由美国 INTEL 公司（大名鼎鼎的 INTEL）生产的一系

列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如

8031，8051，8751，8032，8052，8752 等，其中 8051 是最早最典型的

产品，该系列其它单片机都是在 8051 的基础上进行功能的增、减、改变而来

的，所以人们习惯于用 8051 来称呼 MCS-51 系列单片机。

8051 单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器(ROM)、数据存储器

(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、

地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明：

1.中央处理器（CPU）

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。

2.数据存储器（RAM）

8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它

们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而

不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写

的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

3.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。 3.1.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。

3.2.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。

4.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。

5.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。

6.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。

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