交通灯控制系统设计论文
基于PLC的交通信号灯控制系统设计——毕业设计论文
广德爱众砺能善医毕业设计作品题目：基于PLC的交通信号灯控制系统设计姓名：专业：机电一体化班级：学号：校内指导老师：校外指导老师：填表日期：湘潭医卫职业技术学院教务处制湘潭医卫职业技术学院毕业设计作品二级学院医电学院专业机电一体化班级姓名学号校内指导老师毕业设计名称基于PLC的交通信号灯控制系统设计校外指导老师毕业设计时间课题进度：2016年3月15日—3月23日确定选题、收集相关资料；2016年3月23日—4月30日整理资料、撰写论文初稿；2016年4月30日—5月07日通过指导老师的审查，完成论文的第一次修改；2016年5月07日—5月14日通过指导老师的审查，完成论文的第二次修改；2016年5月14日—5月21日排版整理；2016年5月21日—5月25日接受指导老师审查评阅，论文定稿；2016年5月25日—5月26日参加论文答辩。
目录摘要 (1)英文摘要 (2)前言 (3)第一章概述 (4)1.1交通灯的发展史 (4)1.2我国城市交通的发展现状 (4)第二章PLC的基础知识 (6)2.1 PLC简介 (6)2.2 主要方法 (6)2.3 重点要解决的问题 (7)2.4 具体要求 (7)第三章系统单元设计 (8)3.1 I/O连线图 (8)3.2正常时期程序 (8)3.3 程序高峰时期 (12)3.4 指令表 (16)第四章设计说明书 (19)4.1 定时器（绿灯闪烁） (19)4.2晚间黄灯闪烁 (19)4.3 急停 (20)4.4 结束 (20)4.5 顺序功能图 (20)4.6 交通灯示意图 (23)第五章参考文献 (24)总结 (25)致谢 (26)摘要古老的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。
现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
十字路口交通灯控制系统设计毕业论文
系统结构如图二所示：
电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。
第四次按“设置键”时，东西向的黄灯亮，东西向的数码管显示当前东西向黄灯的点亮时间，并且按每秒3次的频率闪烁，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向黄灯的点亮时间。
第五次按“设置键”时，系统退出设置状态，回到交通信号灯状态，并且南北向先通行，东西向后通行。
表2设置键的功能
按“设置键”的次数
第一次
本设计的主要思想是应用单片机最小系统实现简易交通灯的设计，可利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。并能用按键设置两个方向的通行时间（绿灯点亮的时间）和暂缓通行时间（黄灯点亮的时间），系统的工作符合一般交通灯控制要求。
本设计的背景是当前全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。城市交通路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段。红绿灯控制器是控制交叉路口交通信号的设
(完整版)交通灯doc毕业设计论文
天津电子信息职业技术学院毕业设计课题名称交通灯控制电路的设计与制作姓名白玉学号16班级通信S09-2专业通信技术所在系电子技术系指导教师赵俊英完成日期2011年12月31日天津电子信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称：交通灯控制电路的设计与制作完成期限：2011年10 月31日至2012 年1月8 日姓名白玉指导教师赵俊英专业通信技术职称讲师所在系电子技术系系主任刘松接受任务日期2011.10.31 批准日期2011.11.1天津电子信息职业技术学院页号（1）毕业设计（论文）进度计划表天津电子信息职业技术学院页号（2）注：1.本任务书由指导教师填写。
2.签字部分用笔填写,其余各项均要求打印。
（宋体、小4号字）毕业设计（论文）开题报告天津电子信息职业技术学院页号（1）天津电子信息职业技术学院页号（2）注：本报告由学生本人填写（打印、宋体、小4号字）。
毕业设计（论文）交通灯控制电路的设计与制作摘要“电子技术课程设计”是电子技术课程的实践性环节，进行自主选题和设计。
本设计课题为交通灯控制电路的设计与制作，通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
本设计分为两个部分：第一部分是由定时器、时钟脉冲驱动和控制器组成的秒脉冲信号发生装置；第二部分是由译码器、发光二极管和数码管组成的交通信号灯以及时间显示装置。
各部分采用分模块设计，正文中详细介绍了各模块的功能和原理。
为完成本次设计，参阅了大量资料，包括所用到芯片的详细中英文资料。
搜集和查阅资料时一个漫长但最重要的过程，获取个模块电路原理，然后经过讨论比较，结合课题要求，确定出一套最适合的方案。
小组人员花费几天时间，通过图书馆和上网查阅资料，分别查阅到相应资料。
经过商讨，结合现有资料，制定基本框架，并基本定出电路图。
交通灯控制系统模拟设计_毕业设计论文
附件1：学号：0121018700XXX课程设计题目交通灯控制系统模拟设计学院物流工程专业物流工程班级物流工程卓越1001姓名指导教师2013 年 6 月28 日交通灯控制系统模拟设计XXX武汉理工大学物流工程卓越1001摘要：随着经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通拥塞已成为一个国际性的问题。
因此，设计可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有极大的现实必要性。
根据交通灯在实际控制中的特点，结合单片机的控制功能，提出了一种用单片机自动控制交通灯的简易方法。
设计中包括硬件电路的设计和程序设计两大步骤，对单片机学习中的几个重要内容都有涉足。
本系统采用AT89C51单片机为中心器件来设计交通灯控制器，实现了红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过P1口输出，显示时间通过P0口输出至双位数码管）；以及实现3种工作模式：正常情况、繁忙情况、特殊情况及报警功能。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。
关键字：交通灯；AT89C51；数码管；三种工作模式Design of traffic light control system simulationZhiming GuoLogistics Engineering College Logistics zy1001Abstract: With the development of economy, the sharp increase in the number of cars, increasingly crowded city roads, traffic congestion has become an international problem. Therefore, multi-function traffic light control system design of reliable, safe, convenient and of great practical necessity. According to the characteristics of traffic lights in the actual control, combined with the control function of single chip, this paper presents a simple method for automatic control of traffic lights with single chip microcomputer. In the design of hardware circuit design and program design includes two steps, on several important single-chip learning have to get involved in. The system centric devices to design the traffic light controller AT89C51, realizes the cycle traffic lights lit, countdown 5 seconds left when the yellow light flashing warning (traffic light signal output, display time through the output port P0 to two digital tube through the P1 port); 3 work modes: normal, busy and implementation situation, special circumstances and alarm function. The system practical, simple operation, strong function expansion.Key words: raffic lights, AT89C51, LED, three work modes目录课程设计任务书 (1)第1章前言 (1)1.1交通灯发展概述 (1)1.2 课题背景及意义 (1)1.3课题任务及主要实现内容 (2)1.4 原理分析 (3)1.4.1交通灯显示时序的理论分析 (3)1.4.2 交通灯显示的理论分析 (4)第2章设计方案分析 (5)2.1 单片机与外围接口部件 (5)2.2 倒计时显示界面 (6)2.3 交通灯 (6)第3章硬件系统设计 (7)3.1 单片机的选择 (7)3.1.1 AT89C51单片机简介 (7)3.1.2 AT89C51单片机的主要特性 (7)3.1.3主要引脚功能 (8)3.1.4 C51的中断源 (10)3.2 硬件电路实现 (10)3.2.1 最小系统设计 (10)3.2.2 显示设计 (12)3.2.3 发光二极管模拟红绿灯 (15)3.2.4 按键模块 (15)第4章软件电路设计 (16)4.1 软件编译环境测试 (16)4.1.1 C语言介绍 (16)4.1.2 Keil uVision4介绍 (16)4.2软件总体设计 (17)结论 (19)参考文献 (20)源程序： (22)课程设计任务书学生姓名：XXX专业班级：物流工程卓越1001指导教师：朱宏辉工作单位：物流工程题目:交通灯控制系统模拟设计初始条件：1. 熟悉背景资料和任务：熟悉给定的背景资料和数据，明确系统设计的任务要求；拟订设计计划和初步方案。
基于plc的交通灯控制系统设计毕业论文
目录第1章绪论................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1研究背景........................................................................................ 错误!未定义书签。
1.2交通灯的国内外发展状况............................................................ 错误!未定义书签。
1.3本文研究的目的和意义................................................................ 错误!未定义书签。
1.4本文研究的主要内容.................................................................... 错误!未定义书签。
第2章交通灯控制系统的硬件设计......................................................... 错误!未定义书签。
2.1交通灯控制系统的设计要求........................................................ 错误!未定义书签。
2.2 PLC选型........................................................................................ 错误!未定义书签。
2.3可编程控制器I/O端口分配......................................................... 错误!未定义书签。
交通信号灯控制系统设计论文 毕业设计
东华理工大学长江学院毕业设计(论文)题目交通信号灯控制系统设计英文题目Traffic signal control system design 二零零九年五月三十一日摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
交通信号灯控制方式很多。
小型单片机交通控制系统是目前交通管制中应用的较为先进的控制系统。
实现的方法是，首先对控制对象十字路口的车辆通行情况给定最优化方案，然后用单片机加数字电路来实现。
本设计主要采用AT89C51系列单片机通过I/O端口来控制红绿灯和数码管时间显示，以此来达到控制交通的目的。
在正常情况下,该系统实现交通灯定时控制.根据定时时间进行东西和南北方向的切换.交通灯在红、绿灯交替点亮中,用两个数码管显示点亮的灯还能持续的时间.使LED显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步,可在保证交通安全的前提下最大限度的提高交通效率.关键词：交通控制; 单片机; LEDABSTRACTIn recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is at the same time, traditional detection techniques to control the growing update. In real-time detection and automatic control system of single-chip applications, often as a single-chip core component to use only single-chip is not enough knowledge, but also the structure of hardware and software in accordance with the specific combination of hardware, to be improved.Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car lanes, the pavement and orderly. So to achieve the orderly what order? Is the traffic lights on the automatic control system. Many traffic lights control. Small single-chip traffic control system is the application of traffic control in the more advanced control systems. The realization of the method is, first of all, the object of controlling the situation at the crossroads of vehicles to optimize a given program, and then increase the number of single-chip circuitry to achieve. This design mostly uses AT89C51 MCU through the I / O ports to control traffic lights and LED time display, in order to achieve the purpose of traffic control.Under normal circumstances, the realization of the system to control traffic lights from time to time. In accordance with time for things from time to time and switch the direction of the North and the South. Traffic lights in the red and green light in the turn, with two lit LED lights can display the duration of . so that the countdown LED display for work and to keep pace with the state of light could be the premise of safety to ensure maximum traffic efficiency.Key words: Traffic control; Single chip microcomputer; LED目录绪论 (6)1.交通红绿灯的发展历史 (6)2.道路交通控制的必要性 (6)1 交通信号灯的设计要求及实现方案 (8)1.1交通信号灯的设计要求 (8)1.2交通信号灯的实现方案 (9)2系统分析 (10)2.1系统工作原理 (10)2.2系统控制信号分析 (10)3系统设计 (11)3.1硬件电路设计 (11)3.2元件介绍 (12)3.2.1 AT89C51芯片介绍 (12)3.2.2 74LS244 芯片介绍 (14)3.2.3 74LS240芯片介绍 (15)3.2.4 CD4511芯片介绍 (16)3.3单元电路设计 (18)3.3.1 复位电路 (18)3.3.2 晶振电路 (19)3.3.3 LED红绿灯显示电路 (20)3.3.4七段数码管时间显示电路 (21)3.3.5 电源电路 (22)3.4整机电路原理图分析 (24)3.5软件设计 (25)3.5.1软件控制流程图 (25)3.5.2 功能实现 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)绪论1.交通红绿灯的发展历史交通指挥信号已有100多年的历史了。
plc智能交通灯控制系统设计毕业论文
PLC智能交通灯控制系统设计作者：[作者姓名]日期：[日期]摘要本文介绍了基于PLC的智能交通灯控制系统的设计和实现。
通过使用PLC控制器作为系统的核心，结合交通检测技术和信号控制算法，实现了交通灯的智能控制，提高了交通流量的效率和道路安全性。
1. 引言智能交通灯控制系统是现代城市交通管理的重要组成部分。
传统的交通灯控制系统在道路流量变化较大或特定时段出现交通事故时，常常出现流量分配不均、交通拥堵或道路交通事故发生率升高的问题。
因此，设计一种基于PLC的智能交通灯控制系统，能够根据实时交通流量和道路情况，动态调整交通灯的信号控制策略，以提高交通流量的效率和道路的安全性，具有重要的实际意义。
2. 系统设计2.1 硬件设计本系统的硬件设计主要包括：PLC控制器、交通检测器、信号灯和电源。
在本设计中，我们选择使用PLC控制器作为系统的核心控制单元。
PLC具有高可靠性、多功能和易于编程的特点，非常适合交通灯控制系统的设计。
交通检测器用于实时检测交通流量信息，通过传感器等设备将检测数据传输给PLC控制器。
信号灯则根据PLC控制器的输出信号进行控制。
电源用于为整个系统提供稳定的电能。
2.2 软件设计本系统的软件设计主要包括：编程环境选择、PLC程序设计和信号控制算法设计。
在本设计中，我们选择使用适合PLC编程的开发环境进行程序设计。
根据系统功能和要求，我们设计了相应的PLC控制程序，包括交通流量检测、信号灯控制和交通流量调整等功能。
同时，我们还设计了一套合理的信号控制算法，根据实时的交通流量信息和道路情况，动态调整交通灯的信号灯时序和绿灯时间，以达到提高交通流量效率和道路安全性的目的。
3. 系统实现3.1 硬件连接在实现过程中，我们按照系统设计的硬件设计部分，进行了相应的硬件连接。
将交通检测器与PLC控制器连接，将PLC控制器与信号灯连接，并为整个系统接通电源，以提供所需的电能。
3.2 软件编程根据系统设计的软件设计部分，我们使用相应的编程环境进行PLC程序的编程。
基于单片机的智能交通灯控制系统设计论文
基于单片机的智能交通灯控制系统设计论文摘要随着城市交通流量的不断增加，传统的交通灯控制方式已经不能满足实际需求。
为了提高交通流量的效率和道路交通的安全性，本论文提出了一种基于单片机的智能交通灯控制系统设计方案。
该系统基于单片机控制技术，通过传感器检测交通流量，自动调整交通灯的信号控制时间，以实现交通流量的优化调度。
在系统设计过程中，首先进行了系统需求分析和设计规划，然后选取了适合的硬件和软件平台进行系统实现，最后进行了功能验证和性能测试。
实验结果表明，该智能交通灯控制系统能够有效提高交通流量的效率，减少交通拥堵现象的发生，提高道路交通的安全性。
关键词：智能交通灯控制系统；单片机；交通流量；信号控制时间；道路交通安全第1章引言1.1研究背景随着社会经济的发展和人口的不断增加，城市交通流量不断增大。
而传统的交通灯控制方式无法满足交通流量管理和道路交通安全的需求。
因此，开发一种高效、可靠的智能交通灯控制系统成为迫切需要解决的问题。
1.2研究目的和意义本论文旨在设计一种基于单片机的智能交通灯控制系统，以提高交通流量的效率和道路交通的安全性。
通过对交通流量的实时监测和分析，实现对交通灯信号控制时间的自动调整，从而减少交通拥堵现象的发生，提高道路交通的运行效率。
1.3论文结构安排本论文共分为五个章节。
第一章为引言，介绍了研究背景、研究目的和意义以及论文结构安排。
第二章为相关技术综述，主要介绍了与智能交通灯控制系统相关的技术和方法。
第三章为系统设计，包括系统需求分析、硬件和软件平台的选择以及系统架构设计。
第四章为系统实现，对设计的系统进行了具体的实现和功能验证。
第五章为总结与展望，总结了本论文的研究内容和创新点，并对未来工作进行了展望。
第2章相关技术综述2.1交通流量检测技术2.2交通流量控制算法2.3单片机控制技术第3章系统设计3.1系统需求分析3.2硬件和软件平台选择3.3系统架构设计第4章系统实现4.1硬件设计与实现4.2软件设计与实现4.3功能验证与性能测试第5章总结与展望5.1总结5.2创新点5.3未来工作展望总结本论文提出了基于单片机的智能交通灯控制系统设计方案，并进行了功能验证和性能测试。
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1 基于AT89C51的交通灯控制系统的设计 摘 要 交通灯控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。随着我国城市现代化进程的不断推进，交通是影响我国社会经济发展的严重问题，而城市交通问题的核心就是对十字路口交通信号的控制。因此，我国的城市交通问题的研究重点是交通灯控制系统的研究。 本课题是根据单片机相关知识对简单交通灯控制系统的设计。本文首先介绍了交通灯的发展历史和研究现状，阐述了本课题的任务要求，并在交通管理系统知识的基础上，根据设计要求和实际应用情况，进行总体方案论述。接着，对单片机进行了简单介绍，然后通过对交通灯控制系统需完成的功能确定了控制系统中需要设计的模块，最后对每个模块进行硬件的选择与设计，完成了对交通灯控制系统的硬件设计。在软件设计部分，运用Proteus和Keil软件对交通控制系统编程与仿真，使交通灯控制系统功能达到任务要求。 关键词：信号灯 AT89C51 倒计时 控制 2
引言：在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和
最有效的手段。这一技术在19世纪就已出现了。 早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早起交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展,交通流量增加,随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。 计算机的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力。加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。 为此，设计一个关于交通灯控制系统，该设计以AT89C51单片机作为核心，功耗小可以方便以后研究。 1.设计的要求与方案 1.1 根据上述交通灯控制系统的研究意义，本课题设计了适应当前交通管理的交通灯控制系统。此系统中除了具有基本的交通灯功能之外，还具有倒计时、时间设置、根据情况手动控制等功能。 (1)在一般情况下，交通灯控制系统要求正常显示信号灯以及倒计时的时间变化：当东西方向为绿灯时，南北方向为红灯；当东西方向绿灯变为黄灯，提示此方向即将禁止通行；当东西方向变为红灯，南北方向变为绿灯；当南北方向变为黄灯时，提示此方向即将禁止通行。在每个方向都要求有倒计时显示，提示通行时间和暂缓通行时间。 (2)在特殊情况下，某一方向的车流量过多，按键设置通行时间和暂缓通行时间。 综上所述，交通灯的发展带动了整个交通运输的发展。本章主要介绍了交通灯的发展现状和研究意义，提出了本课题的任务要求。 3
1.2 系统设计的总体方案 1.2.1 系统设计目标 随着人们日常生活水平的提高，机动车辆不断增加，简单的交通控制系统已不能满足当前交通道路管理的需要。为了最大程度的满足交通管理的需要，为车辆提供准确的通行时间，本课题应结合先进的研究技术设计出功能完善的交通灯控制系统。此外，还需要充分考虑系统的可操作性，使控制系统具备与突发状况相适应的可调节能力。 1.2.2 交通道路管理方案 在设计交通灯控制系统之前，应明确交通道路中交通灯的管理方案。东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，以指挥车辆的安全通行。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。信号灯指示方案如表1.2.1所示。 表1.2.1 信号灯指示方案 状态 信号灯显示 S1 东西方向绿灯 南北方向红灯 S2 东西方向黄灯 南北方向红灯 S3 东西方向红灯 南北方向绿灯 S4 东西方向红灯 南北方向黄灯 1.2.3 系统设计总体方案 根据交通系统管理方案和本课题任务的要求，该系统应具有交通灯的显示功能、倒计时功能和通行时间设置功能，所以把系统分为四个模块，包括单片机控制、信号灯显示、倒计时显示和键盘设置，系统硬件设计结构如图2.1所示。
图1.2.1 系统硬件设计结构 初 始 参 数 设 置 AT89C51单片机控制模块 倒计时显示模块 信号灯显示模块 键盘设置 74LS245 驱动 4
下面分别简单介绍这四个模块： (1)单片机控制模块：单片机将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上，具有优异的性能价格比，控制功能强，这将使各模块功能的实现变得简单方便。本系统中，8051单片机的P0口控制南北方向的时间显示；P1口控制信号灯的点亮；P2口控制东西方向的时间显示；P3口接入键盘开关，可设置适应当前状况的通行时间和暂缓通行时间。 (2)信号灯显示模块：利用发光二极管代替交通信号灯，通过单片机控制使其按要求点亮。 (3)倒计时显示模块：此模块有两种方案。第一种是采用数码管显示。该方案实现简单，但只能显示有限的符号和数码字符。第二种是采用点阵式LED显示。该方案实现复杂，须完成大量的软件工作，但功能强大，可方便的显示各种英文字符、汉字和图形。由于本控制系统只需显示倒计时时间，利用数码管即可完成此功能，因此本控制系统中利用2位一体的共阴数码管显示道路两个方向的通行时间和暂缓通行时间，通过单片机控制进行倒计时显示。 (4)键盘设置模块：在交通道路突发情况时，可通过按键手动设置通行时间和暂缓通行时间，通过单片机控制进行时间设置。此模块有两种方案：第一种是采用8255扩展I/O口及键盘、信号灯显示等。该方案使用灵活，可提供较多I/O口，但操作复杂。另一种是直接在I/O口线上接上按键开关。该方案设计精简，但提供的I/O口数量有限。由于本控制系统对于交通灯及数码管的控制只用单片机本身的I/O口就可实现，故选择第二种方案。 综上所述，交通灯控制系统的总体方案已经确定，下面进行硬件设计。 5
2交通灯控制系统硬件设计 2.1 单片机简介 8051系列单片机是在美国Intel公司于20世纪80年代推出的MCS-51系列高性能8位单片机的基础上发展而来的，它在单一芯片内集成了并行I/O口、异步串行口、16位定时器/计数器、中断系统、片内RAM和片内ROM，以及其他一些功能部件[5]。单片机主要有如下特点： (1)有优异的性能价格比。 (2)集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯 片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性 与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣的环境下工作。 (3)控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 (4)低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 (5)外部总线增加了 IC(Inter-Integrated Circuit)及 SPI(Serial Peripheral Interface)等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 (6)单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模应用系统[6]。 2.2 系统时钟电路 晶振采用了内部时钟信号源的方式，如图3.1所示。8051单片机内部有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是8051的第19和18脚。在XTAL1和 XTAL2之间接1个石英晶体及2个电容，就可以构成稳定的自激振荡器，当震荡在6MHz~12 MHz时通常取30pF左右的电容进行微调[7]。 6
图3.1 系统时钟电路 2.3 信号灯显示电路 在信号灯显示电路中，本控制系统选用了发光二极管代替信号灯。其中：红色发光二极管、黄色发光二极管和绿色发光二极管分别代替红灯、黄灯、绿灯。 发光二极管是一种特殊的二极管，导通时会发光（发光二极管导通压降一般为1.5V左右）[8]。此外，工作电流要满足该二极管的工作电流。 一般发光二极管与I/O端口之间都会再连接一个电阻，其作用在于限制通过二极管的电流，从而达到减少功耗或者满足端口对最大电流的限制[9]。一般发光二极管的点亮电流为5~15mA。控制系统中，信号灯指示电路如图3.2所示。
图3.2 信号灯显示电路 在此信号灯显示电路中，每个发光二极管都与1个220Ω的电阻相连接，起到限流作用。因为二极管的导通电压为1.5V，电阻分得的电压为5V－1.5V=3.5V,当选择220Ω的电阻时发光二极管的电流为3.5V/220Ω，约为15mA,此时发光二极管正常点亮。 7
2.4 倒计时显示电路 该交通灯控制系统的倒计时功能可以采用数码管显示，也可以采用点阵式LED显示。点阵式LED虽然功能强大，但是需要完成大量的软件工作，系统设计的复杂度会增加，因此本控制系统选择采用数码管来实现交通灯倒计时功能的显示。 8段数码管又称为8字型数码管，分为8段：A、B、C、D、E、F、G、DP。其中，DP为小数点。数码管常用的有10根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共段，两根之间相互连通[10-13]。8段LED数码管，就是在一定形状的绝缘材料上，利用不同形状点划的发光二极管组合，排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示0~9的数字[14]。数字显示代码如表3.1所示。 表3.1 数字显示驱动代码表 显示数值 dop g f e d c b a 驱动代码（16进制） 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 0 1 1 0 1 1 0 0 6DH 6 0 1 1 1 1 1 0 0 7DH 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 本控制系统倒计时电路采用了4个2位一体的共阴数码管，此数码管在交通灯控制系统中便于观察倒计时显示，如图3.3所示。
图2.2位一体的共阴数码管 这4个数码管分别与控制两干道倒计时显示的端口相连接，即可显示出信号灯的