基于AT89C51单片机的交通灯控制系统设计与仿真

摘要：AT89C51单片机的交通灯控制系统是由AT89C51单片机、键盘电路、LED倒计时、交通灯显示等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、交通特殊情况处理等相关功能，实验采用AT89C51单片机为控制芯片，采用“Proteus+KeilμVision2”对交通灯控制系统进行了仿真，仿真结果表明：该系统能够简单、经济、有效地解决交通堵塞问题，提高交通路口的通行能力。
关键词：AT89C51单片机；倒计时；特殊情况控制与处理；Proteus仿真

0 引言
     随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用不断走向深入。它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。它在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等领域得到广泛的应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化控制。同时，伴随着我国经济的高速发展，私家车、公交车的增加，无疑会给我国的道路交通系统带来沉重的压力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞问题的困扰。为解决交通堵塞问题，采用AT89C51单片机为核心，与74LS86与74LS04组成特殊情况控制电路、七段数码管及LED组成显示电路，设计出以人性化、智能化为目的的交通灯控制系统，如遇特殊情况可人为控制交通从而解决交通堵塞的实际问题，整个电路简单，易于实现。

1 系统总体功能描述
    根据日常生活中交通繁忙路段十字路口车辆和行人的通行情况，设置本交通灯控制器控制十字路口的各交通按照以下规则转换状态：
    (1)主干道(A道)先通行且通行时间为45 s；
    (2)支道(B道)通行时间为25 s；
    (3)主道与支道的车辆交错通行；
    (4)主道与支道转换时，绿灯变红灯时，先绿灯闪3 s，而此时另一个红灯不改变，然后黄灯亮2 s。
    (5)若遇紧急情况，按开关K1时，主道与支道都为红灯20 s；
    (6)根据实时交通堵塞情况人为控制时，按K2时，主道延时30 s通行，按K3时，支道延时30 s通行。

2 系统硬件设计
    整个系统主要由主控中心(单片机)、复位电路、时钟电路、按键控制电路、数码管显示电路及LED模仿交通信号灯电路等功能模块组成。遇到特殊情况时可以通过按键电路控制实时交通实际情况，系统框图如图1所示。

2．1 最小应用系统
    系统中，复位电路、时钟电路与51单片机组成最小应用系统，使交通控制系统可以正常工作。其中复位电路采用按键复位，如图2所示。

2．2 数码时间显示电路
    七段LED数码管是由八个发光二极管构成，通过给其引脚不同的高低电平，从而显出0～9的数字和小数点，本文通过四个一位数码管并联通过P3口当中的P3．0与P3．1与STATIC DISPLAY模块来控制数码管时间的显示，如图2所示。
2．3 信号灯电路设计
    本电路的设计，应用单片机P2口中的P2．1～P2．6通过7405芯片来控制12个发光二极管模拟交通信号灯的工作情况，其中P2.1，P2.2，P2．3分别通过7405来控制A道路的绿灯、黄灯和红灯，用P2．4，P2．5，P2．6分别通过7405来控制B道路的绿灯、黄灯和红灯。采用共阳极的连接方式，所以当P2．1～P2．6中相应输出高电平经过7405取反变成低电平时对应的发光二极管变亮。
    根据上述对系统各部分的电路设计，本文设计的完整系统电路图如图2所示。
2．4 控制开关
    当需要根据实时交通堵塞情况实行人为控制时或遇到紧急情况时，开关能够起到控制的作用，并能使各路交通回到初始状态。

3 软件设计
    主程序中完成对交通灯系统的初始化工作，使得主干道与支道能正常转换工作，在此系统中，由于要用七段LED数码管显示交通倒计时间，在主程序当中，分别调用了三个子程序，一个是延时子程序，延时500ms，在用一个寄存器来计循环次数，循环2次，达到定时1 s，分别为绿灯闪烁调用时间，数码管显示调用时间，一个是显示子程序，用来显示主干道与支道的时间，另一个是中断子程序。主程序流程图如图3所示。
    本系统采用两种中断来实现交通灯控制器的功能。
    设置外部中断INT0，该中断用来处理紧急情况，当交通灯控制器出现故障或交通出现严重事故需要封锁道路时，调用该中断，使主道和支道的交通灯均为红灯20 s。该中断具有最高的优先级。
    设置外部中断INT1，该中断用来处理根据主道与支道车辆实时交通情况的多少实行延长时间通行，通行延时30s。
    INT0，INT1中断子程序流程图如图3所示。

4 系统仿真
    为了方便程序调试，本文采用了Proteus仿真，仿真图电路如图2所示，最高级中断功能仿真结果如图4所示。

5 结论
    基于C51系列单片机设计的交通控制系统可以实现简单、低成本、智能操作、数码显示。该系统能够简单、经济、有效地解决交通堵塞问题，提高交通路口的通行能力。