基于 51 单片机的模拟交通灯控制系统

作者：智趣匠

2024-05-17
四川
本文字数：3060 字
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一、设计要求

（1）利用 51 单片机设计一个交通灯控制系统，来实现行人与车流的分流的目的。该系统主要应用在十字路口，纵向为主干道，横向为支干道；

（2）主、支干道交替通行，两个干道上的交通灯工作方式同时进行，主干道每次绿灯放行 15 秒，支干道每次放行 10 秒，放行时间可通过按键更改；

（3）每次绿灯变红之前，黄灯先闪烁 3 秒，此时，另一干道上仍保持红灯；

（4）通过按键实现对十字路口交通管制功能；

（5）给出整个系统的结构图、软硬件流程图；

二、系统概述

东西主干道和南北支干道各由一组三色交通灯来控制，分别是主干道方向的红、黄、绿以及支干道方向的红、黄、绿。

逻辑分析可知，当主干道为绿灯通行时，支干道必须为红灯禁行；绿灯结束后，主干道进入黄灯闪烁等待状态，支干道红灯；黄灯结束后，主干道变为红灯禁行，支干道变为绿灯通行；支干道绿灯结束后，支干道进入黄灯闪烁等待状态，主干道红灯，如此循环。

从这个过程中可以看出，交通灯控制共分 4 个状态，分别为：S1 状态，主干道方向为绿灯，支干道方向为红灯；S2 状态，主干道方向为黄灯闪烁，支干道红灯；S3 状态，主干道方向为红灯，支干道方向为绿灯；S4 状态，支干道方向为黄灯闪烁，主干道红灯。这四个状态不断循环。由此我们可以列出 4 个状态的列表和做出 4 个状态的流程图。

系统设置有 4 个按键，分别为设置键，加键，减键和交通管制键。设置键是对设置的启动和确认，加键和减键是对通行时间做调整，交通管制键是对红绿灯系统进行强制设置。

当系统上电或手动复位之后，默认模式下会按照断电前程序里记录的参数运行。若此时设置键按下，则进入通行时间设置状态，数码管上显示原本记录的时间并闪烁，可通过加键或减键键对东西、南北干道等待时间进行修改，修改完成后，按下设置键将新参数保存。

交通管制键，用于对十字路口进行交通管制。有五种模式：东西、南北干道红灯；东西红灯，南北绿灯；东西绿灯，南北红灯；东西绿灯，南北绿灯；东西黄灯，南北黄灯。

Proteus 仿真电路

原理图

洞洞板实物

仿真结果分析

在交通灯实物中，是竖着操作，纵向为南北；在仿真电路图中，从正视看纵向为东西，从左边斜着看和实物是一样的。因此，实物和仿真是一一对应的！

加载“基于毕业 51 单片机的交通灯设计.hex”文件到单片机，点击运行，交通灯开始工作（二极管显示红、黄、绿三色灯，LED 显示倒计时）。

在程序里我们设置，东西主干道绿灯通行时间为 15S，南北支干道通行时间为 10S。系统自动进入状态 S1：东西主干道绿灯亮，南北支干道红灯亮。

可以看出，东西主干道绿灯通行时间为 15S，南北支干道红灯等待时间为 15S。东西、南北干道 LED 倒计时 12S 后，系统进入 S2 状态：东西主干道黄灯闪烁 3S，南北支干道红灯。

3S 后，系统进入 S3 状态：东西主干道红灯，南北绿干道绿灯，通行时间为 10S。仿真结果如下所示。

7S 后，系统进入 S4 状态：南北干道黄灯闪烁 3S，东西干道仍为红灯。然后进入 S1 状态，不断循环。

按下“设置”键后，系统进入设置模式，通过“加”键和“减”键设置东西干道绿灯通行时间。再次按下“设置”键，可以设置南北干道通行时间。通行时间设置完成后，再次按下“设置”键，系统回到运行状态。

从上图看出，东西主干道通行时间由原来的 15S 设置为 16S。可以通过“交通管制”键，对交通灯系统进行管制。

参考设计

为给大家提供更多参考，现附赠另一套交通灯设计（包含仿真和程序），运行效果如下图所示。

C 代码

u8 Key_Scan(){        static u8 key_up=1;//按键按松开标志    if(key_up&&(Key1==0||Key2==0||Key3==0||Key4==0))    {        delay_1ms(10);//去抖动         key_up=0;        if(Key1==0)         return 1;        else if(Key2==0)return 2;        else if(Key3==0)return 3;        else if(Key4==0)return 4;    }    else if(Key1==1&&Key2==1&&Key3==1&&Key4==1)        key_up=1;           return 0;// 无按键按下}

uchar flag_s;uchar menu_1;//纵横加减标示

/********************设置函数*****************/void key_with(){    if(key_can == 4)   //交通管制按键    {        flag_jdgz ++;        if(flag_jdgz > 5)            flag_jdgz = 0;          if(flag_jdgz == 1)   //  全部亮红灯         {            dx_red    = 0;  //亮             nb_red    = 0;  //亮             dx_green  = 1;  //灭            dx_yellow = 1;  //灭            nb_green  = 1;  //灭            nb_yellow = 1;  //灭                 }        if(flag_jdgz == 2)   //  东西绿灯  南北红灯        {            dx_red    = 0;  //亮             nb_green  = 0;  //亮            dx_green  = 1;  //灭            dx_yellow = 1;  //灭            nb_red    = 1;  //灭             nb_yellow = 1;  //灭                 }        if(flag_jdgz == 3)   //  南北绿灯  东西红灯        {            dx_green  = 0;  //亮            nb_red    = 0;  //亮             dx_red    = 1;  //灭             dx_yellow = 1;  //灭            nb_green  = 1;  //灭            nb_yellow = 1;  //灭                 }        if(flag_jdgz == 4)   //  南北绿灯  东西绿灯        {   //            dx_green  = 0;  //亮            nb_green  = 0;  //亮            dx_red    = 1;  //灭             dx_yellow = 1;  //灭            nb_red    = 1;  //灭             nb_yellow = 1;  //灭                 }        if(flag_jdgz == 5)   //  南北黄灯  东西黄灯        {            dx_red    = 1;  //灭             dx_green  = 1;  //灭            nb_red    = 1;  //灭             nb_green  = 1;  //灭            nb_yellow = 0;  //亮                     dx_yellow = 0;  //亮        }    }    if(key_can == 1)      //设置键    {        menu_1 ++;        if(menu_1 >= 3)        {            menu_1  = 0;        }    }
    if(menu_1 == 1)    //设置东西的时间    {        if(key_can == 2)        {            dx_time ++ ;        //加1            if(dx_time > 99)//时间最大值为99s                dx_time = 99;        }        if(key_can == 3)        {            dx_time -- ;        //减1            if(dx_time <= 5)//时间最小值为5s                dx_time = 5;        }        dis_smg[0] = DisplayOther[2] ;  //显示为B        dis_smg[1] = DisplayOther[2] ;  //显示为B        dis_smg[2] = smg_du[(dx_time-1) % 10] ;     //显示东西设置的时候        dis_smg[3] = smg_du[(dx_time-1) / 10] ;     }
    if(menu_1 == 2)    //设置南北的时间    {        if(key_can == 2)        {            nb_time ++ ;        //加1            if(nb_time > 99)    //时间最大值为99s                nb_time = 99;        }        if(key_can == 3)        {            nb_time -- ;        //减1            if(nb_time <= 5)//时间最小值为5s                nb_time = 5;        }        dis_smg[0] = smg_du[(nb_time-1) % 10] ; //显示为A        dis_smg[1] = smg_du[(nb_time-1) / 10] ; //显示为A        dis_smg[2] = DisplayOther[2] ;      //显示东西设置的时候        dis_smg[3] = DisplayOther[2] ;      }   
}