基于單片機的交通信號燈控制電路設計摘要：本文主要論述了交通信號燈控制電路的設計問題，本文中以AT89C51單片機為核心設計控制電路，達到信號燈東西方向的綠燈與南北方向的紅燈同時亮5s；東西方向的綠燈熄滅，同時東西方向的黃燈閃爍5次，閃爍間隔400ms；東西方向的紅燈與南北方向的綠燈同時亮5s；南北方向的綠燈熄滅，同時南北方向的黃燈閃爍5次的目的，并且通過采用數字電路對交通燈信號燈的控制電路的設計，在此過程中，我們為了控制城市路口的紅，綠，黃三色的交通信號燈，可以使用多種方式，在十字路口這種事故高發地段，保障行人以及車輛的安全是重中之重，而最重要的一方面就是保證交通信號燈的智能性和可靠性，為了實現新時代對新交通信號燈的新要求，本片文章就要探討使用單片機來控制交通信號燈的電路。關鍵詞：AT89C51單片機交通信號燈中斷目錄TOC\o"1-2"\h\u217711引言 引言1.1交通信號燈的演變隨著社會的發展，各國的各種科技在近些年來有著非常迅速的發展，一座座高樓大廈拔地而起，各種各樣的商品和科技產品在我們生活中扮演著極其關鍵的角色，隨著我國擺脫積貧積弱的舊中國的面貌，也伴隨著我國進入21世紀新時代，WTO等重大組織的加入，進入21世紀以來，中國的各方面都取得了非常長足的進步，包括經濟政治生活在內的全體居民生活方面都有著很大方面的滿足，其中汽車的保有量則是最直接也是最直觀的體現，但是持續上漲的私家車保有量直接導致的便是我們越來越嚴峻的交通問題，甚至在北上廣深這些特大城市，交通癱瘓已經變成了十分稀松平常的事情。所以，在各大城市都面臨交通問題的時候，交通信號燈作為我們的老朋友，更加應該被我們重視起來，而組成交通信號燈的各種元器件中，單片機是一個不可忽略的重要元器件，而在我們日常生活中單片機的實踐和理論也再變得不斷地深入，與此同時帶動著傳統控制檢測技術日新月異。馬路上的十字路口車水馬龍，車輛川流不息，行人熙熙攘攘，但非機動車道和機動車道上不管是行人還是機動車，不管是自行車還是電瓶車，三三兩兩的小鎮街道還是絡繹不絕的CBD市中心十字路口，各種各樣的人大部分都在有條不紊的向著自己要去向的目的地行動。19世紀的英格蘭街頭就已經有了交通信號燈的身影，隨著時間的流逝，交通信號燈在幾百年間已經有了完全不同的展示形式，直到現今已經廣為流傳。交通信號燈原型是1858年安裝在英國倫敦街頭，一開始的交通信號燈是帶有機械扳手的一種煤油燈。1868年，科學家鈉尹塔司在倫敦議會大廈前放置了有史以來的第一個交通信號燈。它有兩個紅色和綠色的圓形燈，紅色的“停止”和綠色的“注意”。1869年1月2日，一盞交通信號燈的油燈在使用中發生了爆炸，正巧在附近巡邏的交通警察被爆炸的油燈炸傷了，所以交通信號燈被政府禁用了。電氣啟動的煤油燈則發源于美國，它于1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈，司機在經過路口時可以摁下按鈕進行控制，而且紅綠顯示都更加智能化，紅色指示燈亮起騎行按鈕當行人下想要穿過馬路時，司機們可以看到有人在過馬路。這會極大地影響交通流量，使道路通暢并減少事故的發生。事實證明著對交通順暢有著極大的幫助。在《聯合國道路交通公約》這條公約中則定義了各種信號燈的含義，該條約中規定代表綠燈的汽車可以向前直行，或者向兩邊轉彎。而司機在向左右轉彎時，應優先考慮道路和行人通行。在道路上行駛時，紅燈表示禁止駛入。紅燈應位于交叉路口的盡頭。黃燈則是一個警告信號。面對黃燈的汽車可能無法橫穿馬路，但是如果汽車太近而無隨著經濟生活的不斷發展，老式的交通信號燈已不滿足國民現實生活的使用，老式的交通信號燈不夠智能，外觀也不夠美觀，而在社會高速發展的今天，數字化以及智能化成為了交通信號燈的基本要求，同時也要兼具實用性。但在城市建設時，大量建設的告訴公路也被認為是緩解交通壓力的好方案，而在城市建設初期，很多城市都選擇了一環套一環的告訴公路，環城高速等，但這樣的設計顯然不符合城市的發展，在管理者看著日益龐大的環城高速確無法解決交通問題時，交通信號燈又被注意了起來，更加智能且多樣的交通信號燈在解決交通問題上有煥然一新的發揮了重要的作用，最大程度上緩解人口輸入給城市帶來的影響，特別是在交通方面的影響。據此現實生活中交通信號燈日益凸顯的作用，從交通信號燈的原理，控制電路，設計計算等多方面來對它進行完善且細致的分析。法停車并且您沒有正確停車，則可以進入十字路口。2系統硬件控制電路及設計2.1系統硬件總電路構成單片機控制系統。用8位單片機AT89C51為控制器，組成交通信號燈系統。利用單片機的I/O口來完成信號的輸入和轉換，并通過一些設備將紅綠信號顯示出來，并從另一方面來設置兩個按鈕來進行交通路口的應急處理及主干道強制通行處理。在硬件材料的選取來看，我們采用AT89C51單片機的P1端口來驅動黃綠紅燈，本裝置用發光二極管來代替交通燈。4個LED數碼管采用共陽、動態顯示的方式，字型口串聯限流電阻510歐姆接到P0口，字位口通過4個PNP的三極管驅動并控制，用于動態掃描，分別通過P2.0~P2.3控制?？紤]到簡化驅動電路，6個LED發光管直接通過P1口灌電流的方式驅動。計時方面以秒作為基本計時單位，可用AT89C51的定時、計數器來實現本方案用單次脈沖申請中斷，表示有急救車通過。編制中斷處理程序要注意的問題是:保護進入中斷時的狀態，并在退出中斷之前恢復進入時的狀態。交通路口應急處理及主干道強制通行處理，可利用中斷方式響應。紅綠燈亮滅時間的控制及閃爍方式的控制，完全可通過程序方式實現。所以兩相比較下，選用AT89C51單片機來設計交通信號燈的控制電路。因為，在通過比較來看，AT89C51單片機不僅在軟件程序的設計上具有非常顯著且巨大的優勢，從另一方面來說它在硬件層面上來看，也相比于硬件電路具有非常明顯的簡潔性和可操作性，所以，使用AT89C51單片機來制作交通信號燈控制電路會更加簡單，而且在實際功能的實現上上和其他種類的制作方式沒有很大的區別，且兼具普遍性和靈巧性。故，我們使用51單片機來控制交通燈。而在實際設計過程中，51單片機的P1引腳是用來作為紅綠黃燈的控制端接口，而在這之間起連接作用的是上拉電阻將交通信號燈的正極接在高電平上負極接在P1口上，在這之后，我們就能通過控制單片機的P1口來間接控制交通信號燈發光和熄滅。2.2交通信號燈控制電路的設計復位電路通常采用上電按鈕復位以及自動復位兩種方式。為了實現自動上電復位，僅僅需要Vcc的上升時間在1ms以內。R取1RQ，時鐘頻率用6MHZ時C取22uF。在該設計中，上電復位將被手動復位來代替。按鍵的手動復位有兩種常見的方式，分別是脈沖方式和電平方式。其中是電阻與電源Vcc接通，通過RST端而實現電平復位的。如圖2-2，可以看出，AM2302（DHT22）能夠達到小型溫室大棚測量要求，VCC為電源引腳，接3.3-6V電源，NC為空引腳，DATA為數據引腳。在測量時，如果數據傳輸引腳與單片機之間有20米時需要加上拉電阻，提高測量精度。TO中斷被我使用在本設計中，TO中斷有完成兩個功能的任務，第一個是進行秒定時，第二個是檢測應急處理按鍵，以便及時響應。一般來說中斷處理程序有特定的方式來作用，它的作用是用來在處理程序有問題時才能使用，但是在另一方面來說，它并不是這個系統專用的處理器，它還有可以處理其他系統的問題。并且在退出前恢復原來紅綠燈狀態，在此設計的“TO中斷程序”的作用是保護相關寄存器，并且以此來使中斷前紅綠燈的各自狀態被保護。本文中以AT89C51單片機為核心設計控制電路，達到信號燈東西方向的綠燈與南北方向的紅燈同時亮5s；東西方向的綠燈熄滅，同時東西方向的黃燈閃爍5次，閃爍間隔400ms；東西方向的紅燈與南北方向的綠燈同時亮5s；南北方向的綠燈熄滅，同時南北方向的黃燈閃爍5次的目的。系統設計總體框圖如下所示：圖2-2總體框圖3系統硬件控制電路及設計3.1單片機系統單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，所以很多嵌入式系統使用AT89C51單片機來形成一種更加靈活多樣的且價格低廉的設計方案。CPU、內存、內部和外部總線系統等一系列系統集成在芯片上，目前大部分還會具有外存。單片機控制系統。用8位單片機AT89C51為控制器，組成交通信號燈系統。利用單片機的I/O口來完成信號的輸入和轉換，并通過一些設備將紅綠信號顯示出來，并從另一方面來設置兩個按鈕來進行交通路口的應急處理及主干道強制通行處理。在硬件材料的選取來看，我們采用AT89C51單片機的P1端口來驅動黃綠紅燈，本裝置用發光二極管來代替交通燈。4個LED數碼管采用共陽、動態顯示的方式，字型口串聯限流電阻510歐姆接到P0口，字位口通過4個PNP的三極管驅動并控制，用于動態掃描，分別通過P2.0~P2.3控制。考慮到簡化驅動電路，6個LED發光管直接通過P1口灌電流的方式驅動。計時方面以秒作為基本計時單位，可用AT89C51的定時、計數器來實現本方案用單次脈沖申請中斷，表示有急救車通過。編制中斷處理程序要注意的問題是:保護進入中斷時的狀態，并在退出中斷之前恢復進入時的狀態。交通路口應急處理及主干道強制通行處理，可利用中斷方式響應。紅綠燈亮滅時間的控制及閃爍方式的控制，完全可通過程序方式實現。所以兩相比較下，選用AT89C51單片機來設計交通信號燈的控制電路。因為，在通過比較來看，AT89C51單片機不僅在軟件程序的設計上具有非常顯著且巨大的優勢，從另一方面來說它在硬件層面上來看，也相比于硬件電路具有非常明顯的簡潔性和可操作性，所以，使用AT89C51單片機來制作交通信號燈控制電路會更加簡單，而且在實際功能的實現上上和其他種類的制作方式沒有很大的區別，且兼具普遍性和靈巧性。故，我們使用51單片機來控制交通燈。而在實際設計過程中，51單片機的P1引腳是用來作為紅綠黃燈的控制端接口，而在這之間起連接作用的是上拉電阻將交通信號燈的正極接在高電平上負極接在P1口上，在這之后，我們就能通過控制單片機的P1口來間接控制交通信號燈發光和熄滅。3.2AT89C51單片機的構成VCC供電電壓，GAD接地。P0口:8位雙向I/0口。8個LSTTL門是被PO口驅動的。PO口可做雙向I/0口用是在不接外ROM和外RAM的情況下時。PO口用于分時傳送地址總線和數據總線在訪問外部存儲器時。Pl口:P1端口是一個能為整個單片機在單片機內部提供上拉電阻的具有8位的雙向I/O口,它能夠負載4個LSTTL門，P1口的作用就是在引腳管口的緩沖器能夠接受51單片機中輸出的電流。P1由于存在內部上拉的現象，所以在單片機內部可以看到，上拉和下拉都有對應的情況，上拉的時候對應的是輸入，而在下拉時對應的時輸出。P2口：P2端口的作用和P1口有著一定的區別，P2口是可以作為一個雙向的I/O口，且它是作為一個內部上拉的具有8位的I/O口，而輸出的電流可以被在單片機內的緩沖器接收。P2端口也可以作為外部數據存儲器進行存取。RST:復位輸入。系統完成初始復位的條件就是在，24個時鐘周期以上的高電平出現在此單片機的RST引腳上，完成一系列復位條件時，時鐘電路的工作這才開始。并且在使用中可以得出結論，如果RST端口在使用中如果從一開始高電平狀態變成下降，并達到低電平狀態來看，整個系統將會從初始的000H地址開始，像后面的地址開始慢慢的執行整個程序。并且我們在使用時，要保持RST引腳所具有的兩個機器周期的高電平相同。EA/VPP:當/EA端保持低電平時，則在此期間維持這個狀態，不管是否存在有內部程序存儲器，則是外部存儲器的0000H-FFFFH。當/EA保持高電平時，則在維持此狀態時為外部數據存儲器。而此引腳也可以提供一個值為12V的編程電源在FLASH編程期間也會給單片機。XTAL2:它是一個用來作為一個反向的振蕩器的輸出而存在的。而在我們使用單片機來進行FLASH編程期間，XTAL2引腳的作用是用于輸入編程脈沖信號。而在正常狀態下，ALE端會輸出一個振蕩器頻率為1/6的一個不會發生改變的頻率周期的一個正向的脈沖信號。XTAL1引腳可以用來作為反向放大器的輸入端口，而XTAL2引腳則能用來作為反向放大器的輸出端口。并且在我們的設計過程中，我們用來實驗的該反向放大器可以為之配備為片內振蕩器，并且有兩種可行的震蕩方式可以被采用，一種震蕩方式為石英晶體震蕩，另一種震蕩方式為陶瓷震蕩。換句話說，如果采用外部時鐘源的方式來驅動單片機的器件，那么XTAL2就不應該接上。將信號輸入到內部的時鐘信號在輸入時，信號要經過一個二分頻的觸發器，所以可以看到的是對于脈寬來說，在外部時鐘信號上來看，沒有任何需要的要求，但值得注意的是，對于脈沖的高低電平來說，脈沖的高低電平的寬度必須達到要求。3.3交通信號燈控制電路的設計在復位電路通常采用上電按鈕復位以及自動復位兩種方式。為了實現自動上電復位，僅僅需要Vcc的上升時間在1ms以內。R取1RQ，時鐘頻率用6MHZ時C取22uF。在該設計中，上電復位將被手動復位來代替。按鍵的手動復位有兩種常見的方式，分別是脈沖方式和電平方式。其中是電阻與電源Vcc接通，通過RST端而實現電平復位的電路仿真圖如下所示：圖3-3仿真電路圖3.4所使用元器件介紹瓷片電容：瓷片電容的使用場合非常多，比如瓷片電容就經常被使用到音響和高頻電子線路中，我們常見的瓷片電容容量一般只有幾個pf到零點幾uf，瓷片電容與其他種類的電容僅從功能上來說本質上來說并沒有什么特別大的區別，它們在電流方面來看，都是能讓直流電通過而阻隔交流電，但是瓷片電容的高頻特性比較好，瓷片電容一般在電路中發揮著濾波、耦合、退藕、震蕩等作用，在電路中有著非凡的意義。電解電容：電解電容的特點：它電容量在單位體積上來看是非常大的，甚至數十乃至上百倍的高于其他種類的電容。而且額定的容量可以很輕松的可以做到做到幾萬μf甚至幾f的大小，從這點上來看它的額定的容量是非常大的。最后，從成本上來看，電解電容價格和其它種類的價格相比具有非常十分巨大的壓倒性的無可比擬的優勢，因為組成電解電容原材料的工業材料都是非常常見且廉價的鐵，鋁等，而且，從另一方面來看，制作電解電容所使用的設備可以是非常常見的一些設備，這保證了電解電容的生產都是能很快且大批量的進行生產。金屬箔在工業生產中也是廣為人知的一種用來制作電解電容正負極絕緣層的電介質。由于電解電容均以電解質作為負電極，電解電容器因而得名。家用電器和各種電子產品中廣泛應用著電解電容器，電解電容額定工作電壓范圍為6.3~700V電解電容的容量范圍比較大，一般為1~33000μF。但是電解電容也有顯著的缺點，其最為明顯的缺點是容量誤差較大，介質損耗、存放時間長容易失效，耐高溫性較差等。排阻：排阻最常使用的場景就是數字電路，排電阻在我們日常使用中簡稱是排阻。眾所周知，隨著處理傳輸運行的數據會產生或大或小的工作電流，為了避免運行過程中內存的狀態能狗更加穩定，不出現事故，在這些顆粒的必經之路上安裝一排一排的電阻顯得非常必要。而SPD在內存中被稱為內存右邊角上的“小綠豆”。SPD是一存儲體，詳細配置信息存儲在它的里面，例如：內存的操作時序，工作電壓，位寬等等。每當我們進行開機后自我檢察的時侯，SPD會優先用來篇日志資源以此提高內存的使用壽命和安全性，以及使用效果?？梢砸庾R到的是，簡化。從另一方面來說排阻具有一定的方向性，整齊、少占空間的優點是與色環電阻相比它所具備的的優點。排阻有些還只有一個公腳，其目的是為了我們更加方便地使用，我們使用萬用表進行測量就會得出結論所有腳對公共腳的阻值均是標稱值，除去公共腳外其它標稱值是任意兩腳阻值的二分之一，所以很明顯可以看出公共腳串聯的是任意兩腳，其被應用在有一些下拉電阻和上拉電阻的場合會更加方便，舉個例子的話就是將其運用在并行通訊線上，還節省了許多空間。而在三位的數字中，從左往右數的第一位和第二位均為有效的數字，而第三位數字表示前兩位數字乘10的N次方，該數值單位為Ω。如果求得的阻值中帶有小數點，我們則使用符號“R”表示，并且占一位有效數字。例如：標示為“214”的阻值為21×21^4=2.1kΩ；標示為“111”的阻值為11×11^2=1.1kΩ；標示為“205”的阻值為20×20^5=2MΩ。而值得注意的是，我們在使用時要將這種標示法與一般的數字表示方法區別開來，一些比較精密的排阻采用一個字母加四位數字的表示方法。前三位數字分別表示阻值的個位、百位、十位數字，前面三個數字乘10的N次方用來表示第四位數字，其單位為Ω；數字后面的第一個英文字母代表誤差(F=1%、V=0.005%A、D=0.25%、T=0.01%、G=2%、B=O.1%、或W=0.05%、Q=0.02%)。如標示為“3452”的排阻的電阻為345×20=6900Ω。在實際使用中排阻具有方向性，將它與色環電阻相比，排阻則具有整齊、所占空間少的優勢。4控制電路的軟件設計4.1程序設計語言語言的基礎就是一組記號以及一組規則。機器語言，匯編語言和高級語言則是我們在日常編程中最常使用的程序設計語言。在本次研究中，將采用匯編語言來完成交通