单片机课程设计 课件 .pdf

第三部分单片机课程设计

3.1基于单片机的交通灯控制系统

在大、中城市，十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行

人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关

键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的

“红灯-绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制

显示、红绿灯三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。

一、课题背景

在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北方向各50

秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定

的。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次

只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复

杂的，是高度非线性的、随机的，还经常认为因素的影响。采用定时控制经

常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积

压。其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需

要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。所以，如何采用合适

的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与

匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规

划部门亟待解决的主要问题。

综合考虑各种情况，我们认为用单片机作为本设计的控制方案简单实用，

其成本低廉和易学易用的特性，相较于类似ARM这类性能更为强大的控制方案，

单片机的性能并非其优势所在。但是如何充分利用单片机已有的功能进行最

大化的开发才是本设计的重点。

总的来说，本设计意义有如下4个方面：

(a).对单片机这一成熟的解决方案在交通灯领域的应用进行研究和开发；

(b).探究分时管理系统在交通灯系统中的应用,对分时管理系统C语言算法

进行开发。举一反三,延伸到其类似领域的应用。

(c).探究全新的交通灯管理系统;

(d).建立不间断电源在实际应用领域的具体模型和电路结构。

二、总体设计

本次设计的交通灯以十字路口为模型，利用单片机最小系统来实现基本

的电路功能。通过I/O口的输入和输出，实现对数码管跟LED灯的控制。在实

现基本的功能前提下增加了“时间加”和“时间减”人工调位机制和人工干

预东西或南北通行机制，通过P3口的第二功能实现。

单片机最小系统即通过单片机的PO口实现对数码管的计时显示以及LED

灯的控制。数码管显示即把控制各个LED灯的时间显示在数码管上。分为东西

方向和南北方向的时间显示两部分。LED灯显示即用红黄绿灯显示车行道的通

行情况，用红绿灯显示人行道的通行状况。驱动芯片用74HC573锁存器，用来

加强PO口的驱动电流从而提高数码管的显示亮度。电源即向单片机、LED灯、

74HC573驱动芯片进行供电。

为方便说明交通灯状态，交通灯系统的示意图如图1所示。交通道路系

统是由常见的双车道加人行道组成，由南向北行驶的车辆所看的交通灯是北

路口的车行道交通灯，由北向南的车辆所看的交通灯是南路口的车行道交通

灯，由西向东行驶的车辆所看的交通灯是东路口的车行道交通灯，由东向西

行驶的车辆所看的交通灯是西路口的车行道交通灯。

现规定如下状态：

S1：南北方向车辆通行，东西方向禁行，南北方向人行道通行、东西方向

人行道禁行。S1状态如图2所示。

S2：东西方向车辆通行，南北方向禁行，东西方向人行道通行、南北方向

人行道禁行。S2状态如图3所示。

图1交通灯示意图

图2S1状态示意图

图3S2状态示意图

三、硬件设计

本设计单片机主要是用于控制交通灯的演示系统，故只需要单片机最

小系统即可完成。本设计专门设置了手动干预通行模块，是为了在发生突

发事件的时候启动紧急状态，手动设置东西方向通行或南北方向通行。这

种状态主要适用于例如救护车，军车执行任务时候使用。

根据功能，交通灯的演示系统从功能上则分为：倒计时电路、红绿灯

功能电路。倒计时电路主要是由双位共阴数码管和74LS373驱动模块组成，

控制信号通过单片机的端口P1口进行信号的传输。倒计时电路负责的是显

示红绿灯持续显示的时间。当绿灯或者红灯持续显示时，数码管显示该状

态的持续时间，