基于單片機的交通燈信號控制器設計(含源程序和電路圖)

設計一個基于單片機的交通燈信號控制器。已知東、西、南、北四個方向各有紅黃綠色三個燈，在東西方向有兩個數碼管，在南北方向也有兩個數碼管。要求交通燈按照表1進行顯示和定時切換，并要求在數碼管上分別倒計時顯示東西、南北方向各狀態的剩余時間。
表1 交通燈的狀態切換表

3.2.1模塊1:系統設計
（1）任務分析與整體設計思路
試題要求實現的功能主要包括計時功能、動態掃描以及狀態的切換等幾部分。
計時功能：要實現計時功能則需要使用定時器來計時，通過設置定時器的初始值來控制溢出中斷的時間間隔，再利用一個變量記錄定時器溢出的次數，達到定時1秒中的功能。當計時每到1秒鐘后，東西、南北信號燈各狀態的暫存剩余時間的變量減1。當暫存剩余時間的變量減到0時，切換到下一個狀態，同時將下一個狀態的初始的倒計時值裝載到計時變量中。開始下一個狀態，如此循環重復執行。
動態掃描：需要使用4個數碼管分別顯示東西、南北的倒計時數字，將暫存各狀態剩余時間的數字從變量中提取出“十位”和“個位”，用動態掃描的方式在數碼管中顯示。
整個程序依據定時器的溢出數來計時，每計時1S則相應狀態的剩余時間減1，一直減到0時觸發下一個狀態的開始。
（2）單片機型號及所需外圍器件型號，單片機硬件電路原理圖

圖3-5 交通燈硬件電路原理圖
選用MCS51系列AT89S51單片機作為微控制器，選擇兩個四聯的共陰極數碼管組成8位顯示模塊，由于AT89S51單片機驅動能力有限，采用兩片74HC244實現總線的驅動，一個74HC244完成共陰極數碼管位控線的控制和驅動，另一個74HC244完成數碼管的7段碼輸出，在7段碼輸出口上各串聯一個100歐姆的電阻對7段數碼管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成發光二極管的控制，實現交通燈信號的顯示，每個發光二極管串聯500歐姆電阻起限流作用。硬件電路原理圖如圖3-5所示。
（3）程序設計思路，單片機資源分配以及程序流程
①單片機資源分配
單片機P3口的P3.0-P3.1引腳用作輸出，控制發光二極管的顯示。在計時模塊中，需要定義兩個數組變量（init_sn[3]，init_ew[3])來存儲東西、南北兩個方向在不同狀態中倒計時的初始值，題目中每個方向的交通燈共有3種顯示狀態，因此數組元素個數為3。還需要定義兩個變量( cnt_ sn, cnt_ ew)暫存東西、南北兩個方向的倒計時剩余時間。
在狀態的切換中，為了明確當前處于哪種狀態，東西、南北方向各設置一個狀態變量(state_val_sn, state_val_ew),當倒計時的剩余時間到零時，狀態變量增1，表示啟動下一個狀態，當該變量增到3時變為0，回到序號為1的狀態。
②程序設計思路
在設計中，由于沒有鍵盤功能，因此只涉及定時計數和動態掃描功能。主程序將變量初始化之
后，設置單片機定時器和中斷特殊功能寄存器的初始值，將定時器T1的工作方式設置為8位自動
裝載模式，定時器每隔250us產生一次溢出。
在初始化變量與寄存器后，主程序進入一個循環結構，在循環中只做動態掃描的工作，根據東西、南北兩向的剩余時時間進行動態掃描顯示。
計時以及狀態的切換通過定時器的中斷服務程序來實現，在中斷服務程序中，每計時到一秒時，則各方向當前狀態的剩余時間減1，一直減到0時觸發下一個狀態的開始，改變交通燈的指示。
③程序流程