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1、交通灯控制器的设计与制作作者：顾少君【摘要】本文介绍了以AT89C51为核心，结合74LS373、译码器、LED显示、按钮及其他辅助电路构成的符合交通规则的城市交通灯控制系统。它具有基本交通灯功能、时间设置、紧急情况处理功能。系统实现的交通灯具有电路简单、工作稳定、功能相对齐全、性价比较高等特点。【关键词】交通灯 AT89C51 时间设置 紧急情况处理前言随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交
2、通中管理中用交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。 中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。然而传统的交通灯控制系统多采用纯数字逻辑元件，电路结构复杂，性能不稳定，若采用单片机作为控制核心不仅使系统功能大大增强，同时使系统的性能更加
3、稳定,成本更底。本设计即以单片机作为核心,结合译码器,74LS373及其他辅助电路设计的交通灯控制系统，该系统电路结构简单、功能稳定、功能相对齐全、性价比高。第一章 系统的硬件电路设计设计方案的论证方案一：使用单稳态触发器、RC电路、555定时器、反相器等大量数字逻辑器件来实现交通灯控制系统。使用大量数字逻辑器件的方法实现该系统，电路复杂，没有实际的运用价值。方案二：以8031为核心，使用可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器。采用老式的8031，其本身无内部存储器，为了扩展电路复杂且无按键消抖电路，容易发生误操作。方案三：以AT89C51为核心，及译码器（74LS13
4、8）及74LS373实现片选并驱动数码管，最终实现城市交通控制的功能。使用此方案大部分功能可以由单片机实现，这使整个电路简单，而且成本也较低，而且在时间的计数上精度较高，功能的扩展也较强。方案四：利用CPLD/FPGA(即EDA技术)完全仿真来实现交通灯控制系统。此方案的电路简单，可行性及高，但技术及软件要求也相对较高。综合以上四种方案：方案一技术较为落后，实际应用能力较低；方案二扩展电路复杂且无消抖电路，所以容易出错；方案三功能较强，易于实现；方案四技术较前沿，电路简单，但对设计者及试验条件要求高。经比较，本设计采用方案三，它既能满足实际需求又容易实现且成本较低。系统的功能分析我国机动车辆发
5、展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后。道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生，在世十字路口没有交通秩序，靠人工指挥交通秩序在现在已经很难实现了，现在的道路繁多，交叉口很多。为了有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故我们设计的交通灯必须具有以下功能：1. 显示功能即将一些信息在显示单元显示出来的功能，具有引导交通参与者正常参与交通的作用。具体显示信息如下：1）显示指示灯：可根据交通法规，在不同情况下显示不同颜色的指示灯2）显示时间：可显示在当前情况下该灯持续时间2. 倒计时功能可倒计时该灯持续时间，当倒计到“0”时改变该灯显示状况3. 调整功能在不同情况
6、下进行不通的调整，具体情况如下：1） 当夜间某方向行驶车辆减少时，可通过设置按键对该方向绿灯时间减短，另一方向绿灯时间增加2） 当遇到紧急情况（如消防出警）某方向需关闭通车时，可通过按键进行设置。如：只允许南北向通车，或只允许东西向通车。3） 当遇到学校放学时，可重复按键停止所有向的通车，让学生先行通过4） 当遇到系统故障时，可通过按键使双向同时亮黄灯系统的框图及原理图交通灯控制系统的原理框如图1-1所示：单片机按键开关1驱动数码管按键开关2按键开关3按键开关4驱动LED按键开关5图1-1 系统原理框图本系统选用AT89C51单片机，编写一死循环使得交通灯的各指示灯及数码显示按照交通法规正常显
7、示。当交通灯正常运行的情况下，按下按键开关2进入南北红灯时间的调整，再按按键4按键5进行加减。再次按下按键开关2进入东西红灯时间的调整，再按按键4按键5进行加减。再一次按下按键开关2则退出设置。当在交通灯正常运行的情况下，单片机接到按键开关3按下的信息时，东西南北同时亮黄灯并各数码管同时显示 “8”。当按键开关4按下时，南北方向长亮红灯，东西方向长亮绿，灯数码管同时显示 “8”；当再次按下按键4，此时南北长亮绿灯，东西方向长亮红灯，数码管同时显示 “8”；当再次按下按键4时，此时东西南北同时长亮红灯数码管同时显示 “8”。 与系统原理框图对应的原理图如图1-2所示。 图1-2 电路原理图系统各
8、功能部件的设计1. 电源电路单元 图1-3 电源电路根据单片机正常工作电压及实际需要，本设计中的电源输出位+5V。具体电源电路如上图所示2数码显示单元由图所示由单片机P1口送出显示数据，经74LS373芯片锁存并输出驱动数码管，P2.6,P2.7接译码器输出片选信号，以选择需要显示的数码管。2. 按键单元本设计中共使用5各按键开关，其功能如表所示 表1-1 按键的各功能定义按键号功能S1复位键S2设置键S3（中断优先级最高）系统维护警示键S4数据+1键，进入特殊状况键S5数据-1键 S1为复位按键 按下该按键则单片机复位回到初始状态，S2为设置按键，按一下则进入设置模式，S3为警示状态按键，按
9、下则进入警示状态 ，S4为双功能键，在单片机复位状态按下该键则进入特殊状态，在设置模式中按下该键则进行设置值加一，S5为在设置状态下用于对设置值的减一。 LED显示单元该系统信号灯模拟采用红、黄、绿三种发光二极管。采用共阳连接，由P2.0驱动南北的红灯，P2.1驱动南北的绿灯，P2.2驱动南北的黄灯，P2.3驱动东西的红灯，P2.4驱动东西的绿灯，P2.5驱动东西的黄灯，即当某一位为低电平时该位对应的LED被点亮。5.74LS373应用电路1)74LS373引脚图2）74LS373功能表 74LS373功能表输出使能控制G输出D输出QHXX高阻LLLLLHHHLLX保持不变如图所示,根据74L
10、S373功能表上表是74LS373的真值表，表中： L低电平； H高电平； X不定态； Q0建立稳态前Q的电平； G输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中OE使能端，接地。 当G=“1”时，74LS373输出端1Q8Q与输入端1D8D相同； 当G为下降沿时，将输入数据锁存。锁存端LE 由高变低时，输出端8 位信息被锁存，直到LE 端再次有效。74LS273 是8D 触发器，当CLK 端上升沿到来时，将D 端的数据锁存。CLR为低电平时被清0。作为地址锁存器使用，可将ALE 反相接CLK 端，CLR接+5V。单片机P1口接LS373的D0到D7输入，从Q1到Q7输出，驱
11、动数码管显示。6.74LS138应用电路1）74LS138引脚图 与非门组成的3线-8线译码器74LS1382）3线-8线译码器74LS138的功能表无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。如图所示,当S1接高电平，S2、S3同时接地，单片机P2口的P2.6、P2.7分别与74LS138的A0、A1相连，实现对数码管的片选。当附加控制门的输出为高电平（S1）时，可由逻辑图写出由上式可以看出，同时又是这三个变量的全部最
12、小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。第二章 系统的软件设计据分析，本设计采用模块化的软件设计方法，将程序分为主程序个模块的程序流程图如下，具体程序见附录。主程序流程图警示状态程序流程图 四路口都亮黄灯，数码管显示8NS3键是否按下Y中断返回警示状态程序流程图设置状态流程图第三章 安装及调试3.1 电路原理图的制作3.11电路原理图设计的一般步骤：（1）启动Protel 99 SE电路原理图编辑器。用户首先必须启动原理图编辑器，才能进行设计绘图工作（2）设置电路图图纸的大小及版面（3）在图纸上放置需要的元器件（4）对所放置的元器件进行布局（5）对布局布线后的元器件尽心调整（6）保存文档并打印输出3.1.2图纸大小的设置用大小合适的图纸来绘制电路图，可以使显示和打印都相当清晰，而且也比较节省磁盘存储空间，由于本次实验的元器件比较多，因而图纸的大小由电路图的大小决定的3.1.3元器件库的使用在当设计绘制电路原理图时，通常在放置元器件之前，需要添加元件所在的库，因为元件一般保存在元件库中，由于元件制图标准问题，或是不断产生新的元件，因此需要自己建立新的元件及元件库。在本次实验中数码管元件库中没有，因此其元件如下图所示 数码管 3.2 PCB板的制作3.2.1 Protel 操作中注意的问题在进行Protel的操作时，要注意的是，
