基于STC單片機(jī)的交通信號指示燈的設(shè)計(jì)

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，私家車、公交車的增加，給我國交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力。很多大城市都不同程度地受到交通阻塞問題的困擾。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本文以STC89C52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出以人性化、智能化為目的的交通信號燈控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：交通；STC89C52；道路通行；信號燈

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，城市機(jī)動車保有量快速增長，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以改善中心城區(qū)的交通同時(shí)，仍然存在道路體系未建全，功能未理順，公交系統(tǒng)不發(fā)達(dá)等問題，交通矛盾突出。而我國的交通指示燈使用定周期控制和各路口各自的獨(dú)立控制方法，在解決這些問題時(shí)效果并不是很好。
隨著電子信息的發(fā)展，找到一種更為合理的的控制方法尤為重要。目前，控制交通信號燈的方法很多，一般為用89C51單片機(jī)控制。但是隨著芯片的發(fā)展，89C51單片機(jī)逐漸地退出了歷史的舞臺。
文中使用STC89C51為核心芯片，設(shè)計(jì)了交通信號燈指示系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
1．1 總體設(shè)計(jì)思想
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的交通信號指示燈，可以控制主道和支道各紅綠黃3個LED。當(dāng)主道為紅燈并延時(shí)40 s時(shí)，支道的綠燈延時(shí)37 s并且黃燈延時(shí)3 s；當(dāng)支道為紅燈時(shí)，延時(shí)60 s，此時(shí)主道為綠燈，延時(shí)57 s，黃燈延時(shí)3 s。當(dāng)有突發(fā)事件時(shí)，LED燈全部為紅燈。如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)以STC89C52為主芯片，并且有復(fù)位電路、電源電路、按鍵電路、數(shù)碼顯示電路、LED顯示電路。如圖2所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 控制系統(tǒng)模塊
主控制器采用STC89C52，是宏晶公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定的8位單片機(jī)。STC89C52具有1個8KB的FLASH程序存儲器，1個512字節(jié)的RAM，4個8位的雙向可位尋址I／O端口，3個16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器及1個串行口和6個向量二級中斷結(jié)構(gòu)。STC89C52和AT89C52相比較，采用串口下載，可以極大的方便使用。
單片機(jī)的P1口以及P0．0～P0．3分別用于控制主道及支道上的通行燈，P2口用于4組LED計(jì)時(shí)器的控制，緊急車輛通行時(shí)使用外部中斷0(P3．2)，進(jìn)行手動按鍵即可轉(zhuǎn)換。其主控電路如圖3所示。

2．2 七段數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示電路
本設(shè)計(jì)中的數(shù)碼顯示電路中，數(shù)碼管分別與三極管8550的發(fā)射級相連。當(dāng)STC89C52的P2口發(fā)出高電平時(shí)，使三極管導(dǎo)通，進(jìn)而數(shù)碼管點(diǎn)亮。當(dāng)LED數(shù)碼管全部導(dǎo)通時(shí)，通過的電流大概為48 mA。電路如圖4所示。

2．3 主道、支道的LED顯示電路
本設(shè)計(jì)中LED的供電電源為LM317。工作時(shí)，LM317建立并保持輸出與調(diào)節(jié)端之間1．25 V的標(biāo)稱參考電壓(Vref)，這一參考電壓由R1轉(zhuǎn)換成編程電流，該電流經(jīng)R2到地，如圖5所示。
穩(wěn)壓輸出電壓公式得出輸出電壓：

一個LED需要3．3 V直流電壓，本設(shè)計(jì)為4組各3個LED并聯(lián)，需要LM317輸出9．6 V直流電壓，由于LED與場效應(yīng)管串聯(lián)，故除去場效應(yīng)管的壓降，可以得出LM317輸出的電壓為10 V左右。先確定R1的電阻為220 Ω，可以得出電位器R2的電阻值為1．4 kΩ。
單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通從而使MOSFET的柵極電壓低于源極電壓，MOSFET的源極和漏極導(dǎo)通，LED點(diǎn)亮；當(dāng)PWM波輸出低電平時(shí)，Q1截止使MOSFET截止，LED熄滅。如圖6所示。
2．4 按鍵電路
在遇見緊急情況時(shí)，主道、支道的LED燈全部要求為紅燈。為了實(shí)現(xiàn)此功能，利用STC89C52單片機(jī)中斷功能達(dá)到目的。利用緊急按鈕開關(guān)接至單片機(jī)外部中斷0，當(dāng)其按下時(shí)，四方全為紅燈；當(dāng)恢復(fù)按鍵按下后，緊急情況解除。其電路如圖7所示。

2．5 單片機(jī)的電源電路
LM2575是美國安森美半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的新型開關(guān)式降壓型穩(wěn)壓電路。它們的作用與LM7805三端穩(wěn)壓器差不多，不過由于該系統(tǒng)穩(wěn)壓電源采用了開關(guān)技術(shù)，所以它的效率要比普通的三端穩(wěn)壓器要高，而且該系列穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍比普通二端穩(wěn)壓器更廣。
LM2575-5．0的基本應(yīng)用電路為，外接4個元件，最大輸入電壓為40 V，最小輸入電壓為7．0 V，最大負(fù)載電流為1．0 A，最高環(huán)境溫度為50度，最低環(huán)境溫度為0度。
本設(shè)計(jì)所采用LM2575為STC89C52作為供電電源，有效保證了單片機(jī)的工作。如圖8所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
3．1 軟件設(shè)計(jì)的總體思路
本研究的軟件設(shè)計(jì)采用C語言編程，與匯編語言相比，有較好的移植性。程序設(shè)計(jì)使用定時(shí)計(jì)數(shù)器0來控制交通燈，外部中斷1來用于緊急情況，其中標(biāo)志位為i和j。當(dāng)緊急情況按鍵按下后，標(biāo)志位i置為1，進(jìn)入中斷程序。當(dāng)解除緊急情況按鍵按下后，標(biāo)志位j置為1，進(jìn)入主程序。主程序進(jìn)行循環(huán)掃描。
3．2 系統(tǒng)程序流程圖
系統(tǒng)的流程圖如圖9所示。

4 結(jié)束語
本設(shè)計(jì)采用宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)，能夠有效的控制交通信號燈。與傳統(tǒng)的使用AT89C52相比，具有經(jīng)濟(jì)，簡單實(shí)用的特點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)證，此系統(tǒng)能夠很好工作，有較強(qiáng)的使用價(jià)值。