1 設(shè)計(jì)名稱
基于51單片機(jī)的十字路口交通燈系統(tǒng)（C語(yǔ)言、Proteus開(kāi)發(fā)環(huán)境）
2 設(shè)計(jì)要求
1腹殿、 基于51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制系統(tǒng)，用于模擬道路十字路口交通燈實(shí)際運(yùn)行的場(chǎng)景靡羡。
2犀盟、 東西向、南北向依次進(jìn)行周期通行碎绎，默認(rèn)設(shè)置為：東西向直行（綠燈）時(shí)間30秒螃壤，左轉(zhuǎn)（藍(lán)燈）時(shí)間15秒；南北向直行（綠燈）時(shí)間20秒筋帖，左轉(zhuǎn)（藍(lán)燈）時(shí)間10秒奸晴。
3、 每次直行（綠燈）變左轉(zhuǎn)（藍(lán)燈）和左轉(zhuǎn)（藍(lán)燈）變停車(chē)（紅燈）前日麸，黃燈需先閃爍3秒寄啼，此3秒時(shí)長(zhǎng)包含在上述直行和左轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)。
4代箭、 可通過(guò)控制臺(tái)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口進(jìn)行交通管制的功能辕录。
5、 可通過(guò)控制臺(tái)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口各方向的通行時(shí)間進(jìn)行設(shè)置的功能梢卸。
3 功能說(shuō)明
整個(gè)十字路口由東西向道路和南北向道路垂直交叉形成走诞，我們采用“上北下南，左西右東”的慣例進(jìn)行構(gòu)圖蛤高。每個(gè)方向都有一組4色的LED燈來(lái)控制交通的流向和節(jié)奏蚣旱。流向也即方向，通過(guò)不同LED燈顏色進(jìn)行表征：紅燈停戴陡，綠燈行塞绿，黃燈等一等，這里左轉(zhuǎn)我們用藍(lán)燈表示恤批；節(jié)奏通過(guò)倒計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行控制异吻，該時(shí)間的時(shí)基由單片機(jī)的定時(shí)器提供。
十字路口的倒計(jì)時(shí)時(shí)間分別通過(guò)四個(gè)2位的七段共陰極數(shù)碼管顯示。綠燈點(diǎn)亮道路上的數(shù)碼管顯示的數(shù)字是該道路所剩余的可通行時(shí)間诀浪，紅燈點(diǎn)亮道路上的數(shù)碼管顯示的數(shù)字是該道路所剩余的禁行時(shí)間棋返，小伙伴需要注意區(qū)分兩者不同的物理含義。
系統(tǒng)上電后雷猪，默認(rèn)運(yùn)行在“正常模式”下睛竣。此時(shí)南北向綠燈點(diǎn)亮，允許直行求摇；東西向紅燈點(diǎn)亮射沟，禁止直行和左轉(zhuǎn)。具體的狀態(tài)遷移順序可參照下面第 6 部分內(nèi)容与境。
4 系統(tǒng)架構(gòu)
整個(gè)架構(gòu)非常簡(jiǎn)單验夯，主要由四部分組成。分別是MCU單片機(jī)控制模塊摔刁、按鍵輸入掃描模塊簿姨、數(shù)碼管顯示模塊和交通燈顯示模塊。按鍵簸搞、數(shù)碼管和LED燈都是典型的人機(jī)交互的元器件扁位，按鍵用于接收命令，數(shù)碼管和LED燈用于反饋信號(hào)和狀態(tài)趁俊。數(shù)據(jù)流向也是單向的域仇，由左至右。
我們現(xiàn)在將十字路口交通燈的運(yùn)行場(chǎng)景抽象歸納一下寺擂，然后用下面的圖表進(jìn)行復(fù)盤(pán)暇务。
5 運(yùn)行模式
對(duì)照日常生活，我們來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下交通燈運(yùn)行的模式：
“正常模式”：模擬十字路口正常運(yùn)行的場(chǎng)景怔软，交通燈按正常的順序進(jìn)行周期循環(huán)垦细；
“夜間模式”：模擬十字路口夜間運(yùn)行的場(chǎng)景，東西向和南北向的黃燈同時(shí)閃爍挡逼；
“緊急模式”：模擬十字路口進(jìn)入緊急情況下的場(chǎng)景（救護(hù)車(chē)括改、消防車(chē)通過(guò)等），東西向和南北向的紅燈全部點(diǎn)亮家坎；
“強(qiáng)制東西向通行模式”：強(qiáng)制東西向通行嘱能，南北向停車(chē)等待。
“強(qiáng)制南北向通行模式”：強(qiáng)制南北向通行虱疏，東西向停車(chē)等待惹骂。
6 ”正常模式“下?tīng)顟B(tài)遷移之狀態(tài)機(jī)
不同國(guó)家、不同城市做瞪、不同十字路口都有不同的狀態(tài)設(shè)置对粪。有的路口是先直行再左轉(zhuǎn)，有的路口是先允許左轉(zhuǎn)再允許直行，有的路口壓根就沒(méi)有專門(mén)的左轉(zhuǎn)燈著拭，有的路口有人行道指示燈纱扭，而有的沒(méi)有。所謂千人千面茫死，五官各不相同，但確有一個(gè)共性履羞，就是都有五官峦萎。狀態(tài)機(jī)的思路可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。
7 ”正常模式“下?tīng)顟B(tài)遷移之矩陣表
1?- 表征對(duì)應(yīng)顏色交通燈點(diǎn)亮忆首；
0?- 表征對(duì)應(yīng)顏色交通燈熄滅爱榔；
1/0?- 表征對(duì)應(yīng)顏色交通燈閃爍；
藍(lán)色燈?- 表征對(duì)應(yīng)道路左轉(zhuǎn)狀態(tài)糙及；
8 仿真電路圖
因?yàn)榘咐鼈?cè)重功能的實(shí)現(xiàn)详幽，對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)要求不是太高，達(dá)到能用就行的標(biāo)準(zhǔn)就行浸锨，所以這里只簡(jiǎn)要說(shuō)一下重點(diǎn)吧唇聘。
1 單片機(jī)P0一定要加上拉電阻。為什么柱搜？因?yàn)镻0口內(nèi)部為開(kāi)集電極輸出迟郎，無(wú)法輸出高電平，只有加了上拉電阻聪蘸，P0口才能輸出高電平宪肖。
2 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)一定要加限流電阻。雖然在Proteus中仿真不加問(wèn)題也不大健爬，但是實(shí)際產(chǎn)品肯定是不允許的控乾，而且也無(wú)法工作。
3 LED燈驅(qū)動(dòng)一定要加限流電阻娜遵。如果不加限流電阻蜕衡，單片機(jī)會(huì)工作異常，因?yàn)閱纹瑱C(jī)引腳的驅(qū)動(dòng)電流的能力是有限制的设拟，超出則正常功能無(wú)法保證衷咽，甚至燒壞單片機(jī)。
4 LED燈不建議直接并聯(lián)使用蒜绽。雖然LED燈具有正向單調(diào)的伏安特性曲線镶骗，但是它的溫度系數(shù)卻是負(fù)向的，不利于均流躲雅。
5 按鍵模塊采用的是普通的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)鼎姊，但設(shè)計(jì)中也可采用矩陣式按鍵，小伙伴可以自行發(fā)揮。
6 當(dāng)前的設(shè)計(jì)相寇，單片機(jī)引腳基本被全部分配用完慰于，沒(méi)有冗余。對(duì)于實(shí)物產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)這是不被允許的唤衫，因?yàn)檫^(guò)于捉襟見(jiàn)肘的單片機(jī)資源完全不利于產(chǎn)品后期的功能升級(jí)和延展婆赠。如果單片機(jī)引腳緊張，除可以采用矩陣式鍵盤(pán)節(jié)省引腳外佳励，也可以采用數(shù)字鎖存器或者譯碼器對(duì)引腳進(jìn)行擴(kuò)展使用休里。
9 器件清單
其他未盡事宜，諸如導(dǎo)線啊赃承，芯片底座啊妙黍，電源插座啊，電源啊等等瞧剖，都是基本功拭嫁，這里暫就不表了。
10 C 語(yǔ)言核心源代碼
軟件架構(gòu)采用的是時(shí)間觸發(fā)機(jī)制+狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)模式抓于，這種模式的好處是MCU執(zhí)行效率高做粤，實(shí)時(shí)性好，另外一點(diǎn)很重要的就是靈活性捉撮，代碼容易擴(kuò)展驮宴。時(shí)間片調(diào)度周期為20ms，用于按鍵的掃描識(shí)別和LED數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)刷新呕缭。交通燈運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)機(jī)是通過(guò)switch來(lái)完成的堵泽。大俠看到網(wǎng)絡(luò)上很多的案例代碼用到了外部中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵掃描，這是完全沒(méi)必要的恢总，主函數(shù)輪詢掃描的方式完全就夠用了迎罗，51單片機(jī)的外部中斷資源畢竟有限且珍貴，何以要用中斷呢片仿？難道江郎才盡了纹安？此外，設(shè)計(jì)中按鍵掃描模塊實(shí)現(xiàn)了去抖的功能砂豌。
因版面受限厢岂，這里只能貼出核心狀態(tài)機(jī)的源代碼供各位看管參考學(xué)習(xí)了。其他功能相對(duì)簡(jiǎn)單阳距，大家可以適當(dāng)腦補(bǔ)塔粒，或者也可劃至文章最后尋找解決方案。
10.1 變量定義
sbit Gb_SN_LEDH_En = P2^0; // 南北向高位LED數(shù)碼管使能控制位
sbit Gb_SN_LEDL_En = P2^1; // 南北向低位LED數(shù)碼管使能控制位
sbit Gb_EW_LEDH_En = P2^2; // 東西向高位LED數(shù)碼管使能控制位
sbit Gb_EW_LEDL_En = P2^3; // 東西向低位LED數(shù)碼管使能控制位
sbit Gb_Debug_LEDH_En = P2^4; // 調(diào)試用高位LED數(shù)碼管使能控制位
sbit Gb_Debug_LEDL_En = P2^5; // 調(diào)試用低位LED數(shù)碼管使能控制位
sbit Gb_EW_Walk_Green_En = P2^6;? // 東西向人行道綠燈使能控制位
sbit Gb_SN_Walk_Green_En = P2^7;? // 南北向人行道綠燈使能控制位
sbit Gb_EW_Yellow_En = P1^2;? // 東西向黃燈使能控制位
sbit Gb_SN_Yellow_En = P1^6;? // 南北向黃燈使能控制位
sbit Gb_EW_Red_En = P1^3;? // 東西向黃燈使能控制位
sbit Gb_SN_Red_En = P1^7;? // 南北向黃燈使能控制位
#define SET 0? // 設(shè)置/確認(rèn)按鈕
#define SET_ADD 1? // 設(shè)置+
#define SET_SUB 2? //設(shè)置-
#define SET_HOME 3? // 正常模式
#define SET_YELLOW 4? // 夜間模式
#define SET_RED 5? // 緊急模式
#define SET_EW 6? // 強(qiáng)制東西向通行模式
#define SET_SN 7? //強(qiáng)制南北向通行模式
uint_8 Gb_Traffic_RunMode;? // 紅綠燈運(yùn)行模式? 0-正常? 1-夜間? 2-緊急? 3-東西強(qiáng)制? 4-南北強(qiáng)制
uint_8 Gb_SET_Active_Flag;? // 使能設(shè)置功能標(biāo)志位
uint_8 Gb_SET_LEDSEG_Blink_Flag;? // 控制臺(tái)數(shù)碼管閃爍時(shí)基標(biāo)志位
uint_8 Gb_LED_SEG_Update_Flag;? // LED數(shù)碼管刷新調(diào)度標(biāo)志位
uint_8 Gb_LED_YellowControl_Flag;? // LED黃燈閃爍調(diào)度標(biāo)志位
uint_8 Gb_LED_Task1s_Flag;? // 交通燈任務(wù)調(diào)度標(biāo)志位
uint_8 Gb_EW_YellowLight_Flag;? // 東西向黃燈閃爍標(biāo)志位
uint_8 Gb_SN_YellowLight_Flag;? // 南北向黃燈閃爍標(biāo)志位
uint_8 Gb_EW_LED_RealTime;? // 東西向LED數(shù)碼管顯示時(shí)間
uint_8 Gb_SN_LED_RealTime;? // 南北向LED數(shù)碼管顯示時(shí)間
uint_8 Gb_SET_LED_RealTime;? // 控制臺(tái)LED數(shù)碼管顯示時(shí)間筐摘，默認(rèn)無(wú)顯示
uint_8 Gb_System_Step_Index = 0;? // 正常模式下紅綠燈運(yùn)行進(jìn)度標(biāo)志
uint_8 Cc_EW_DirectPass_Time = 10;? // 東西向道路直行時(shí)間參數(shù)（不含黃燈閃爍時(shí)間）,單位秒
uint_8 Cc_SN_DirectPass_Time = 15;? // 南北向道路直行時(shí)間參數(shù)（不含黃燈閃爍時(shí)間）,單位秒
uint_8 Cc_EW_LeftPass_Time = 5;? // 東西向道路左轉(zhuǎn)時(shí)間參數(shù)（不含黃燈閃爍時(shí)間）,單位秒
uint_8 Cc_SN_LeftPass_Time = 5;? // 南北向道路左轉(zhuǎn)時(shí)間參數(shù)（不含黃燈閃爍時(shí)間）,單位秒
uint_8 Cc_YellowLight_Time = 3;? // 黃燈閃爍時(shí)間參數(shù),單位秒
uint_8 code LED_SEG_Table[11]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00};? //共陰數(shù)碼管0-9段選碼表,及無(wú)顯示狀態(tài)
uint_8 code LED_Light_Table[4]={0X28,0X18,0X82,0X81};? //交通信號(hào)燈控制代碼卒茬，對(duì)應(yīng)P1引腳
10.2 交通燈控制函數(shù)
/*************************************************
函數(shù)名：十字路口交通燈控制函數(shù)
參? 數(shù)：無(wú)
返回值：無(wú)
結(jié)? 果：管理紅綠藍(lán)交通燈船老，管理人行道交通燈
************************************************/
void Traffic_Control(void)
{
? ? Gb_SN_LED_RealTime--;? // 南北向時(shí)間倒計(jì)時(shí)
? ? Gb_EW_LED_RealTime--;? // 東西向時(shí)間倒計(jì)時(shí)
? ? switch(Gb_System_Step_Index)
? ? {
? ? ? ? case 0:? // 狀態(tài)0 - 南北向綠燈，東西向紅燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_SN_LED_RealTime <= Cc_YellowLight_Time)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = P1&0x0F;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_YellowLight_Flag = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 1:? // 狀態(tài)1 - 南北向黃燈圃酵，東西向紅燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_SN_LED_RealTime <= 0)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = LED_Light_Table[1];
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_LED_RealTime = Cc_SN_LeftPass_Time + Cc_YellowLight_Time;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_YellowLight_Flag = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 2:? // 狀態(tài)2 - 南北向左轉(zhuǎn)燈亮柳畔，東西向紅燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_SN_LED_RealTime <= Cc_YellowLight_Time)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = P1&0x0F;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_YellowLight_Flag = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 3:? // 狀態(tài)3 - 南北向黃燈，東西向紅燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_SN_LED_RealTime <= 0)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = LED_Light_Table[2];
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_LED_RealTime = Cc_EW_DirectPass_Time + Cc_EW_LeftPass_Time + 2*Cc_YellowLight_Time;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_LED_RealTime = Cc_EW_DirectPass_Time + Cc_YellowLight_Time;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_Walk_Green_En = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_Walk_Green_En = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_YellowLight_Flag = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 4:? // 狀態(tài)4 - 南北向紅燈郭赐，東西向綠燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_EW_LED_RealTime <= Cc_YellowLight_Time)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = P1&0xF0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_YellowLight_Flag = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }? ? ? ?
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 5:? // 狀態(tài)5 - 南北向紅燈薪韩，東西向黃燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_EW_LED_RealTime <= 0)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = LED_Light_Table[3];
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_LED_RealTime = Cc_EW_LeftPass_Time + Cc_YellowLight_Time;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_YellowLight_Flag = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }? ? ? ?
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 6:? // 狀態(tài)6 - 南北向紅燈，東西向左轉(zhuǎn)燈亮
? ? ? ? ? ? if(Gb_EW_LED_RealTime <= Cc_YellowLight_Time)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = P1&0xF0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_YellowLight_Flag = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index++;
? ? ? ? ? ? }? ? ? ?
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? case 7:? // 狀態(tài)7 - 南北向紅燈捌锭，東西向黃燈
? ? ? ? ? ? if(Gb_SN_LED_RealTime <= 0)
? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? Cc_EW_DirectPass_Time = Cc_EW_DirectPass_Time2;?
? ? ? ? ? ? ? ? Cc_SN_DirectPass_Time = Cc_SN_DirectPass_Time2;?
? ? ? ? ? ? ? ? Cc_EW_LeftPass_Time = Cc_EW_LeftPass_Time2;?
? ? ? ? ? ? ? ? Cc_SN_LeftPass_Time = Cc_SN_LeftPass_Time2;?
? ? ? ? ? ? ? ? Cc_YellowLight_Time = Cc_YellowLight_Time2;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_LED_RealTime = Cc_SN_DirectPass_Time + Cc_YellowLight_Time;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_LED_RealTime = Cc_SN_DirectPass_Time + Cc_SN_LeftPass_Time + 2*Cc_YellowLight_Time;
? ? ? ? ? ? ? ? P1 = LED_Light_Table[0];
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_SN_Walk_Green_En = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_Walk_Green_En = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_EW_YellowLight_Flag = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? Gb_System_Step_Index = 0;
? ? ? ? ? ? }? ? ? ?
? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? default:
? ? ? ? ? ? break;
? ? }
}
11 操作說(shuō)明
從按鍵用途的角度進(jìn)行劃分俘陷，上圖中的8個(gè)按鍵可以被歸為兩類(lèi)。一類(lèi)是用來(lái)設(shè)置時(shí)間參數(shù)的舀锨，另一類(lèi)是用來(lái)切換交通燈系統(tǒng)運(yùn)行模式的岭洲，我們就根據(jù)這2種大的分類(lèi)分別進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說(shuō)明宛逗。
11.1 “參數(shù)設(shè)置”按鍵操作說(shuō)明
“參數(shù)設(shè)置”類(lèi)的按鍵有三個(gè)坎匿，由上至下分別為“設(shè)置/確認(rèn)“按鈕、”加+“按鈕和”減-“按鈕雷激。其主要功能是用來(lái)對(duì)十字路口東西向和南北向在各個(gè)階段（東西向直行替蔬、東西向左轉(zhuǎn)、南北向直行屎暇、南北向左轉(zhuǎn)和黃燈等待）的通行時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和更新承桥。
”設(shè)置/確認(rèn)“按鈕：共有三種功能：1 使系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)間參數(shù)設(shè)置狀態(tài)；2 對(duì)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行順序切換根悼；3 完成參數(shù)設(shè)置并返回退出凶异；
”加+“按鈕：?jiǎn)螕粢幌拢瑢?duì)應(yīng)時(shí)間參數(shù)加1挤巡。
” 減-“按鈕：?jiǎn)螕粢幌拢?對(duì)應(yīng)時(shí)間參數(shù)減1剩彬。
11.2 “模式切換”按鍵操作說(shuō)明
“模式切換”類(lèi)按鍵共有五個(gè)，由上至下分別為“正常模式“按鈕矿卑、”夜間模式“按鈕喉恋、”緊急模式“按鈕、”強(qiáng)制東西向通行模式“按鈕和”強(qiáng)制南北向通行模式“按鈕母廷。此處操作非常簡(jiǎn)單轻黑，不再贅述。交通燈在個(gè)模式下運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)際場(chǎng)景請(qǐng)參照上文說(shuō)明琴昆。
以上為全部分享內(nèi)容氓鄙，如有任何技術(shù)疑問(wèn)，可以在文章下方留言交流或關(guān)注下方公眾號(hào)討論业舍。
- END -
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