1、基于单片机的交通信号的控制系统设计【摘要】本文旨在介绍基于单片机的交通信号的控制系统的设计，首先介绍交通信号灯的硬件框架图，通过锁存器和端口扩展芯片完成单片机的数据端口扩展和控制，而后对交通信号的控制流程进行设计，从而实现单片机对交通信号灯的控制。 【关键词】51 单片机；交通信号灯；控制流程 1 概述 随着国民经济的快速发展，人们对于生活质量的要求越来越高，城市中的机动车辆也越来越多，无形之中增加了城市交通运行的压力。然而，城市十字路口的车辆来回穿梭，行人熙熙攘攘，车行车道，人走人道，一切都有条不紊，这一切都是靠稳定有序的交通信号灯根据一定的运行规则来指挥行人车辆通行。基于单片机的交通信号灯
2、控制系统，以微电子技术为核心，信息技术为主导，通过单片机内部自动运行代码输出信号，配合控制电路和保护电路，控制交通信号灯的亮灭来指挥交通，从而实现单片机自动控制交通信号灯，使城市十字交通路口达到车流通常、人车和谐有序的交通状态。 2 基于单片机的交通信号的控制系统 基于单片机的交通信号灯的控制系统设计是控制十字路口的红绿灯的亮灭和数码管显示，在一个路口车辆或行人通行时，指挥该路口的红绿灯的亮灭状态应该是绿灯亮，红灯灭，其他有车辆或行人行驶冲突的路口应该是红灯亮，绿灯灭。当红绿灯的状态即将改变时，会有数码管显示其为当前状态的灯亮倒计时，特别的，当绿灯转向红灯时，会有 3秒钟的黄灯以警示行驶车辆。
3、所以使用单片机控制交通信号灯主要是通过计时器来为各个灯和数码管显示进行计时，当时间到达时，即通过数据端口发送控制信号改变当前红绿灯的亮灭状态，进而改变十字路口车辆和行人的状态。 2.1 交通信号灯控制系统框架 基于单片机的交通信号灯控制系统可以使用 51 系列的单片机作为控制系统，但是由于 51 单片机提供的数据接口较少，所以在单片机与显示系统之间添加了接口扩展芯片 8255，为控制系统提供更多的控制接口。如图 1 所示，为基于单片机的交通信号灯控制系统框架示意图。 图 1 基于 51 单片机的交通信号灯控制系统框架示意图如图 1 所示，8051 单片机为整个交通信号灯的控制核心，由于 51
4、单片机内部有两个定时/计数器，所以可以通过编程来使单片机为信号灯和数码管显示电路计时，当定时/计数器计时结束后，单片机即可发送控制字至数据端口，改变当前端口数据状态，控制相应信号灯的亮灭和数码管的显示。系统内的锁存芯片为 74LS373 锁存器，通过 8 位数据输入端口将单片机发送的控制信号读取并保存到芯片内，并通过自己的 8 位数据输出端口将存储数据发送至 8255 扩展芯片。同时，74LS373 锁存器还有一个控制端口和使能端口，以控制芯片的工作方式和芯片的是否工作。8255 扩展芯片为可编程并行接口芯片，可以将单片机的一个 8 位数据端口扩展成 3 个数据端口，用户可以根据自己的需求来选
5、择扩展芯片数量以及通过发送控制字来改变其工作方式。 一般的十字路口的交通信号灯需要指挥东西道、南北道和行人车辆的通行，而且每个向道上需要指挥行人道和机动车辆道两个通道的通行，所以共需要指挥机动车辆的四组红绿灯和数码管显示电路（前行和左拐的为同一个红绿灯显示电路，道路右行车辆为绿灯常亮，此处忽略暂不做设计） ，指挥行人通行的八组红绿灯和数码管显示电路。 2.2 交通信号灯控制流程 交通信号灯的控制是一个有序的循环的控制流程，需要根据十字路口实际的交通情况来设计十字路口交通信号灯的亮灭顺序和亮灭时间。假定设机动车辆通道前行时间为 45s，左行时间为 20s，黄灯亮时间为3s，行人通道时间与同向车辆
6、的前行时间一致，则在单片机内部编写控制程序时的程序流程如下： 1.数据初始化，包括定时器、锁存器以及 8255 扩展芯片的状态控制字和初始状态的设定 2.发送控制字，使南北道车辆前行绿灯亮，两侧人行道绿灯亮，其余红绿灯红灯亮 3.定时器 1 计时 35s 4.定时器 2 计时 1s，数码管初始设定为 9，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 5.循环 10 次 6.发送控制字，使南北车辆前行、左行黄灯亮，其余红灯亮 7.定时器 2 计时 1s，数码管初始设定 2，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 8.循环 3 次 9.发送控制字，使南北道左行绿灯亮，其余红灯亮 10.定时器 1 计
7、时 10s 11.定时器 2 定时 1s，数码管初始显示数字为 9，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 12.循环 10 次 13.发送控制字，使南北车辆左行黄灯亮，其余红灯亮 14.定时器 2 计时 1s，数码管初始设定 2，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 15.循环 3 次 16.发送控制字，使东西道车辆前行绿灯亮，两侧人行道绿灯亮，其余红绿灯红灯亮 17.定时器 1 计时 35s 18.定时器 2 计时 1s，数码管初始设定为 9，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 19.循环 10 次 20.发送控制字，使东西车辆前行、左行黄灯亮，其余红灯亮 21.定时器 2 计
8、时 1s，数码管初始设定 2，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 22.循环 3 次 23.发送控制字，使东西道左行绿灯亮，其余红灯亮 24.定时器 1 计时 10s 25.定时器 2 定时 1s，数码管初始显示数字为 9，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 26.循环 10 次 27.发送控制字，使东西车辆左行黄灯亮，其余红灯亮 28.定时器 2 计时 1s，数码管初始设定 2，定时器 2 计时完毕，改变数码管显示数字 29.循环 3 次 30.跳至步骤 2 根据上述控制流程，单片机自行运行控制程序，完成对交通信号灯循环有序的显示控制。 基于单片机的交通信号灯控制系统，首先要根据
9、系统框架设计硬件电路，而后根据控制流程编写控制程序，来完成交通信号灯的控制，进而指挥十字路口的行人和机动车辆，使机动车辆和行人安全有序地通过十字路口。 参考文献： 1万强兵，王坤侠.基于单片机的交通灯控制系统的设计J.科技信息.2011（19） 2曹纯子，李业德.基于单片机的智能交通灯控制器设计J.山东理工大学学报（自然科学版）.2011（03） 3蔺玉珂.基于 AT89C51 单片机的交通灯改进控制J.数字技术与应用.2010（02） 4高阳.一种基于凌阳单片机的交通灯控制系统J.内蒙古科技与经济.2011（03） 5杨婷如.基于单片机交通灯智能控制系统研究J.科技致富向导.2011（15）
