基于51单片机的交通灯控制系统设计

第一章 硬件设计与原理
以AT89C51单片机为核心，起着控制作用。系统包括数码管显示电路、复位电路、时钟电路、发光二级管电路和按键电路。设计思路分为六个模块：复位电路、晶振电路模块、AT89C51、数码管显示电路、发光二级管电路和按键电路这六个模块。

AT89C51本身内含40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C51RC可以按照常规方法进行编程，但不可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C51的主要特性如下表所示：

单片机最小系统说明：
时钟信号的产生：在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟振荡电路。
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。
一般地，电容C2和C3取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2-12MHz。如果晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快。
单片机复位使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态下，并从这个状态开始工作。单片机复位条件：必须使9脚加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。
1.2.3 显示系统
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
1） 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动（要知道一个89C51单片机可用的I/O端口才32个呢），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
2） 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划”a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
本设计中数码管采用的是动态驱动方式。
数码管外形如图1-2-3，数码管电路结构如图1-2-4。

第二章 软件设计与分析
2.1 软件设计的组成
该系统由延时子函数、数码管显示子函数、定时器0中断子函数、主函数和数据定义这几部分组成。

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上传过程感觉繁琐，里面可能有不全面的地方，请见谅。下面的是实现的目的。以及电路原理图

**本次设计的主要目的是设计一个城市十字路口的交通灯控制系统，设计中将交通灯控制系统分为东西方向（主干道）和南北方向（次干道）两个方向，且在东西南北四个路口的每个路口设置红、绿、黄三个交通信号灯（用发光二极管模拟）和一个二位的LED数码显示管。设计的要求是规定在每一段时间内东西和南北两个方向中只有一个方向能够通行，另一个方向处于禁行状态，然后在经过一段时间后，禁行的方向和通行的方向互相转换状态，原来通行的状态变禁行状态，原来禁行的状态变为通行状态，如此循环下去。详细过程如下图2-1：
状态① 状态②
图 1图2-1 交通灯状态图
状态①：东西方向的交通灯黄灯闪烁3秒后，红灯熄灭，绿灯点亮（东西方向允许车辆和行人通行），同时南北方向绿灯熄灭，红灯点亮（南北方向禁止车辆和行人通行），LED数码管倒计时显示40秒，在倒计时3秒时进入状态②。
状态②：南北方向黄灯闪烁3秒后，红灯熄灭绿灯点亮（南北允许车辆和行人通行）；同时东西方向绿灯熄灭，红灯点亮
（东西方向禁止车辆和行人通行），LED数码管倒计时显示40秒，在倒计时3秒时进入状态①。
接下来在没有人为干涉下将会一直按照上述进行循环。设计中还外设6个按键实现对交通灯控制系统的调控作用。

电路原理图

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相应的代码已经上传

下载地址
https://download.csdn.net/download/weixin_43442020/12231456

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来源：2B铅笔过了期