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基于单片机的交通灯信号控制器设计(含源程序和电路图)

设计一个基于单片机的交通灯信号控制器。已知东、西、南、北四个方向各有红黄绿色三个灯，在东

西方向有两个数码管，在南北方向也有两个数码管。要求交通灯按照表1进行显示和定时切换，并要求在

数码管上分别倒计时显示东西、南北方向各状态的剩余时间。

表1交通灯的状态切换表

3.2.1模块1:系统设计

（1）任务分析与整体设计思路

试题要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。

计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时，通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间

隔，再利用一个变量记录定时器溢出的次数，达到定时1秒中的功能。当计时每到1秒钟后，东西、南北

信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减1。当暂存剩余时间的变量减到0时，切换到下一个状态，同时将

下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。开始下一个状态，如此循环重复执行。

动态扫描：需要使用4个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字，将暂存各状态剩余时间的数字从变量

中提取出“十位”和“个位”，用动态扫描的方式在数码管中显示。

整个程序依据定时器的溢出数来计时，每计时1S则相应状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个

状态的开始。

（2）单片机型号及所需外围器件型号，单片机硬件电路原理图

图3-5交通灯硬件电路原理图

选用MCS51系列AT89S51单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块，由

于AT89S51单片机驱动能力有限，采用两片74HC244实现总线的驱动，一个74HC244完成共阴极数

码管位控线的控制和驱动，另一个74HC244完成数码管的7段码输出，在7段码输出口上各串联一个

100欧姆的电阻对7段数码管限流。用P3口的P3.0-P3.5完成发光二极管的控制，实现交通灯信号的显

示，每个发光二极管串联500欧姆电阻起限流作用。硬件电路原理图如图3-5所示。

（3）程序设计思路，单片机资源分配以及程序流程

①单片机资源分配

单片机P3口的P3.0-P3.1引脚用作输出，控制发光二极管的显示。在计时模块中，需要定义两个数组变

量（init_sn[3]，init_ew[3])来存储东西、南北两个方向在不同状态中倒计时的初始值，题目中每个方向

的交通灯共有3种显示状态，因此数组元素个数为3。还需要定义两个变量(cnt_sn,cnt_ew)暂存东西、

南北两个方向的倒计时剩余时间。

在状态的切换中，为了明确当前处于哪种状态，东西、南北方向各设置一个状态变量(state_val_sn,

state_val_ew),当倒计时的剩余时间到零时，状态变量增1，表示启动下一个状态，当该变量增到3时变

为0，回到序号为1的状态。

②程序设计思路

在设计中，由于没有键盘功能，因此只涉及定时计数和动态扫描功能。主程序将变量初始化之

后，设置单片机定时器和中断特殊功能寄存器的初始值，将定时器T1的工作方式设置为8位自动

装载模式，定时器每隔250us产生一次溢出。

在初始化变量与寄存器后，主程序进入一个循环结构，在循环中只做动态扫描的工作，根据东西、南北两

向的剩余时时间进行动态扫描显示。

计时以及状态的切换通过定时器的中断服务程序来实现，在中断服务程序中，每计时到一秒时，则各方

向当前状态的剩余时间减1，一直减到0时触发下一个状态的开始，改变交通灯的指示。

③程序流程

（4）软硬件调试方案

软件调试方案：伟福软件中，在“文件文件新建文件”中，新建C语言源程序文件，编写相应的程序。在“文

件件新建项目”的菜单中，新建项目并将C语言源程序文件包括在项目文件中。

在“项目项目编译”菜单中将C源文件编译，检查语法错误及逻辑错误。在编译成功后，产生以“*.hex”和“*.

bin”后缀的目标文件。

硬件调试方案：在设计平台中，将单片机的P3.0-P3.5分别与独立式键盘的相应位通过插