浅论基于MCS—51单片机的简易交通灯控制系统硬件设计
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作者: 罗磊
【摘要】随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，拥有汽车的家庭越来越多，城市交通面临巨大的考验。交通灯作为指挥道路交通的重要工具，其重要性不言而喻。设计一种简单而又实用的交通灯控制系统十分必要。本文着重从硬件设计和软件设计两个方面阐述利用MCS-51单片机实现简易交通灯控制的过程。
【关键词】单片机 简易交通灯
一、 单片机概述
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、4代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。
二、元器件选用
选用80C51单片机1片，8155可编程并行I/O接口芯片1片，8279键盘/显示芯片1片、MAX791“看门狗”芯片1片，七段发光数码管2个（共阳极），稳压电源1个，发光二级管12个（红、黄、绿三色各4个），导线若干。
三、硬件功能分析
（1）80C51单片机。80C51单片机是Intel公司MCS-51系列单片机家族中的一员，内部有4K的ROM、128B的RAM。，是本设计中的核心元件。本设计之所以选择80C51是因为相对8051而言，80C51在芯片制造工艺上采用的是CHMOS工艺，速度更快、集成度更高、功耗更低。
（2）8155芯片。在MCS-51单片机中，I/O接口有四个（P0口、P1口、P2口、P3口），在实际应用中P0口被用作数据/地址分时复用口，P2口被用作地址的高8位输出口，P3口被用作第二功能（控制功能），因此80C51单片机只有P1口是可用的I/O接口。由于本设计中80C51需要联接的外设较多，必须对80C51单片机进行I/O的简单扩展，因此选择8155作为扩展芯片。8155在80C51单片机控制电路中，可用于同时扩展3个8位I/O接口（PA口、PB口、PC口）和256B的RAM。
（3）8279芯片。8279芯片是可编程的键盘、显示接口芯片，它含有键盘输入和显示器输出两种功能。键盘输入时，它提供自动扫描，能与键盘或传感器组成的矩阵相连，接收输入信息。它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。显示输出时，它有一个16×8位显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16位LED数码管显示，在本设计中主要用作联接利用键盘输入时间参数和控制交通灯。
（4）MAX791芯片。由于交通灯通常安装在室外，工作环境较为复杂，环境中的干扰源较多，容易使系统陷入混乱状态。为了提高本系统的抗干扰能力，确保系统运行稳定、可靠，加入MAX791芯片。MAX791芯片是通用的单片机电源电压监测芯片，它能为本系统提供可靠的上电复位、低压报警、“看门狗”及后备电源等多种功能，实现电压监测和掉电保护功能
（5）七段发光数码管。本设计采用七段发光数码管来显示各路口信号灯的点亮时间，方便车辆和行人通行。按照点亮方式的不同，七段发光数码管有共阴极和共阳极两种类型，在本设计中采用共阳极接法的数码管，当对应管脚的电平为低电平的时候，相应的一段二极管发光。通过对管脚电平的控制，实现数码管显示数字1-8。
（6）发光二级管。发光二极管是二极管的一种，当发光二极管正向导通时，发出对应颜色的光亮（红、黄、绿），用来模拟交通灯。
四、单片机交通灯控制的原理及优点
单片机交通灯定时原理。当工作在定时器状态时，定时器寄存器在每一个时钟信号时加1，时钟信号为系统时钟或系统时钟的12分频。每个定时器都有几种不同的工作方式，其中重载式工作方式可以使定时器在定时结束时，重新装入定时值，重新开始计数。即可以作为自动重载的定时器使用。并且计时结束时，通过中断方式给CPU发送信号。
单片机交通灯控制原理。单片机根据接收倒的定时器中断，输出控制信号控制信号灯的亮灭，还可以输出脉冲信号控制数码管显示倒计时时间。单片机控制系统直接控制定时器，外部输出设备和键盘。可以通过键盘设定时间和规则。
单片机交通灯控制的优点。单片机价格适当，它体积小，运算速度快，定时器通过中断方式给CPU发送信号，使CPU可以及时响应，减少了系统开销降低了系统功耗。单片机通过程序方式控制各种输入输出信号，可以方便的设计运行规则，而且可以在系统运行过程中设定交通灯亮灭的时间和选择规则，从而实现多种复杂功能。
五、硬件框图
六、系统工作原理
交通灯工作的初始时间由键盘通过8279芯片传输到单片机8051中。控制数据由8051的P0口输出，经8155的PC口控制各路口红、黄、绿信号灯的点亮情况。通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当P3.0=0时就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。绿灯时间倒计时完毕，重新循环。
七、结论
本文介绍了使用8155芯片扩展8051单片机，从而实现交通灯的过程，设计简单、容易实现。不足之处是不能控制车的左、右转、以及没有自动车流量检测等功能。
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