【正文】 滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機(jī)設(shè)計不但設(shè)計簡單，而且成本低，用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計交通燈。 控制模塊選擇方案方案一：由計數(shù)器74LS161級聯(lián)組成，配合譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等器件組成交通燈系統(tǒng)，整個系統(tǒng)簡單，控制簡單，調(diào)試容易等優(yōu)點。 方案二：采用AT公司的單片機(jī)AT89s52作為控制器。單片機(jī)運算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大。它是MCS51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8052單片機(jī)完全兼容，使用時容易掌握；采用AT89s52單片機(jī)穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強(qiáng)，在系統(tǒng)/在應(yīng)用可編程。方案比較：采用方案一來實現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)非常方便，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制單一，但整個系統(tǒng)性能不是很高，倒計時不是非常精確，如果要求系統(tǒng)能設(shè)置不同工作時間不容易，因而對于完成題目較困難，而方案二完全能實現(xiàn)設(shè)計要求，容易掌握，利用編程，易控制，I/O接口很多，易于擴(kuò)展外圍電路，價格便宜，故選擇方案二。 顯示模塊選擇方案該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈?，考慮了三種方案。方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：用七段LED數(shù)碼管完成倒計時顯示，用LED燈作為狀態(tài)燈指示功能。方案比較：方案一和方案二都不符合設(shè)計要求，實現(xiàn)較復(fù)雜，而方案三采用數(shù)碼管與LED燈相結(jié)合的方法,因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，選擇方案三。 輸入模塊方案選擇方案一：采用8155擴(kuò)展I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是：使用靈活可編程，并且有RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O 口,但操作起來稍顯復(fù)雜。方案二： 直接在I/O口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用兩個按鍵，分別是KK2。 由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 電源模塊方案選擇方案一：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高，不能驅(qū)動數(shù)碼管。方案二：采用獨立的穩(wěn)壓電源，采用USB供電為整個系統(tǒng)供電，它具有多路電源輸出，此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，方案比較：方案一只采用單片機(jī)自身的I/O來驅(qū)動數(shù)碼管顯示是不行的，而方案二雖然要給各模塊供電，但卻能給各模塊提供穩(wěn)定可靠的電壓從而達(dá)到顯示明亮的程度。故選擇第二種方案。 設(shè)計要求東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅綠黃指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。設(shè)東西、南北的車流量相同。(1) 把設(shè)計任務(wù)細(xì)化為四個狀態(tài)，： 通行狀態(tài)表東西干道南北干道30秒紅燈27秒綠燈3秒黃燈27秒綠燈30秒紅燈3秒黃燈(2) 可以設(shè)置通行時間，用以調(diào)節(jié)車流量大小時的通行時間。(3) 實現(xiàn)南北東西方向都禁止通行。(4) 實現(xiàn)夜間模式（四個方向只顯示黃燈）以減小耗電量。 單片機(jī)概述單片機(jī)(單片微型計算機(jī))作為微型計算機(jī)的一個重要分支，自問世以來，以其極高的性價比，受到人們的重視和關(guān)注，因此廣泛應(yīng)用，發(fā)展迅速。相對而言，單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境的要求不高，并且價格低廉、可靠性高、靈活性高。在我國，單片機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于智能儀器儀表、自動檢查、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過三代的發(fā)展，目前正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳在多功能化，而且低電壓低功耗。C系列與S系列的區(qū)別：（1）S系列相對C系列性能有了較大提升，價格基本不變，甚至更低；（2）S系列最具特色的一點具有ISP在線編程功能，此功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個強(qiáng)大易用的功能。（3）S系列較C系列有更高的工作頻率，從而具備了更高的計算速度，例如：89C51的極限工作頻率是24MHz，但89S51的是33MHz；（4）S系列具有雙工UART串行通道；（5）S系列內(nèi)部集成看門狗計時器，不在需要C系列那樣外接的看門狗計時器電路單元；（6）S系列具備雙數(shù)據(jù)指示器；（7）S系列電源關(guān)閉標(biāo)識；（8）S系列具有全新的加密算法，程序的保密性大大加強(qiáng)，這樣可有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 主控制器AT89S52AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程AT89S52引腳圖 DIP封裝Flash存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 P3口第二功能表 P3口第二功能引 腳第 二 功 能RXD: 串行口接收數(shù)據(jù)輸入端TXD: 串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端INT0: 外部中斷0輸入端INT1: 外部中斷1輸入端T0: 外部計數(shù)0脈沖輸入端T1: 外部計數(shù)1脈沖輸入端WR: 寫外設(shè)控制信號輸出端RD: 讀外設(shè)控制信號輸出端 單片機(jī)最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來。 AT89S52最小工作系統(tǒng) 電源電路AT89S52單片機(jī)的工作電壓都范圍：—， 所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。連接方式為VCC(40腳）：接電源+5V端GND(20腳）：接電源地端。 電源電路本設(shè)計方案采用 通過USB外接5V直流電源。 時鐘電路單片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作速度。時鐘電路就是振蕩電路，向單片機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度：晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)運行速度也就快。但反過來運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印刷電路板的要求也高（線間寄生電容要?。r鐘電路通常外接一個晶振、兩個電容。晶振AT89S52單片機(jī)時鐘頻率范圍：0 — 33MHz。電容為15—45pF，本設(shè)計中使用30pF電容。XTAL1，XTAL2為片內(nèi)震蕩電路輸入/輸出端。在焊接電路板時，晶振和電容應(yīng)盡可能的靠近單片機(jī)芯片，以減少寄生電容，更好的保證電路穩(wěn)定可靠的工作。 時鐘電路 復(fù)位電路RESET為復(fù)位端（正脈沖有效，寬度）10ms），RST引腳持續(xù)2個周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H。確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。復(fù)位后P0—P3口均置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。VCC接通電源后，VCC便對電容通過電阻進(jìn)行充電。在充電過程中，隨著電容電壓逐步趨近于VCC，RST腳上的電壓最終接近于0，過度過程的長短取決于電阻電容的大小。22uF電容滿足使RST電壓在啟動后有兩個周期(2us)以上的時間高于斯密特觸發(fā)器最低門檻電壓，使整個過程得以完成。 復(fù)位電路除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于“死鎖”狀態(tài)時為擺脫困境，也需通過復(fù)位操作，重新啟動。系統(tǒng)采用上電復(fù)位與手動復(fù)位方式進(jìn)行復(fù)位。 EA/VP引腳 如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。EA/Vpp: 尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。低電平有效，當(dāng)單片機(jī)內(nèi)有ROM時應(yīng)當(dāng)接高電平，片內(nèi)無ROM時必須接地。本設(shè)計用AT89S52單片機(jī)，片內(nèi)有 8K字節(jié)程序存儲器ROM，所以EA引腳必須接高電平?；蛘邞铱找_，單片機(jī)默認(rèn)為1。 數(shù)碼管數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode）。它既可以工作在恒定電流狀態(tài)，又可以工作在脈沖電流狀態(tài)。在平均電流相同的情況下，脈沖工作狀態(tài)可產(chǎn)生比直流工作狀態(tài)較強(qiáng)的亮度。LED顯示器每段正常發(fā)光需直流電流10～20mA。LED數(shù)碼管屬于電流控制型器件，發(fā)光亮度與正向電流成正比，每個字段的工作電流約為10mA左右。其優(yōu)點是工作電壓較低、體積小、壽命長、工作可靠性高、響應(yīng)速度快、亮度高、不會損壞器件。 工作原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）。按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等。按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。 共陽極LED數(shù)碼管共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。在實際應(yīng)用中，除公共極外，其他各極應(yīng)串接一個電阻后在接到相應(yīng)電平。電阻的作用是限制流過LED中的電流，以保證在發(fā)光時二極管不因電流過大而被燒毀。 共陰極LED數(shù)碼管 SMG型號的雙位共陽極數(shù)碼管。 數(shù)碼內(nèi)部電路圖 驅(qū)動方式由于LED是電流發(fā)光器件，加到LED顯示器上的段碼首先應(yīng)通過驅(qū)動電路，產(chǎn)生驅(qū)動LED顯示器發(fā)光所需要的驅(qū)動電流，從而顯示出我們想要的數(shù)字。驅(qū)動電路可以由三極管組成，也可以是其它具有驅(qū)動能力的集成電路，如MC14174LS244等。另一種驅(qū)動方法是采用專用芯片，例如744744451MAX7219（專用的帶驅(qū)動器的LED譯碼器）可以實現(xiàn)對BCD碼的譯碼，但不能對大于9的BCD碼進(jìn)行譯碼。根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。(1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，顯示穩(wěn)定，單片機(jī)花在顯示上的時間少；缺點是占用I/O端口多，擴(kuò)展顯示用I/O口會使硬件成本增加。如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58＝40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個AT89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。因此，靜態(tài)驅(qū)動只適合于顯示位數(shù)較少的場合。 LED靜態(tài)驅(qū)動電路(2) 動態(tài)顯示驅(qū)動 LED動態(tài)驅(qū)動電路在顯示位數(shù)較多時，為了簡化電路，降低成本，通常采用動態(tài)掃描顯示方式。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a、b、c、d、e、f、g、dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。缺點是顯示器亮度不如靜態(tài)顯示方式，軟件不斷掃描顯示器要占用單片機(jī)較多的時間。考慮到I/O端口和本次設(shè)計的具體操作采用動態(tài)顯示驅(qū)動。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，： 硬件原理圖 總體設(shè)計及功能描述本設(shè)計以單片機(jī)AT89S52為控制核心，采用模塊化設(shè)計，共分以下幾個功能模塊：單片機(jī)控制系統(tǒng)、按鍵控制系統(tǒng)、通行指示和倒計時模塊等。單片機(jī)作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路等組成。通行方向指示采用紅、綠、黃LED發(fā)光管，用三種顏色指示車輛放行、暫停、禁止，形象直觀。按鍵采用兩只觸發(fā)按鍵組成，電路簡潔可靠；通過按鍵可設(shè)置：緊急情況發(fā)生時的交通燈狀態(tài)控制和節(jié)能的夜間模式。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。 交通燈設(shè)計基本框圖（1）AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)核心器件，通過各個I/O口控制和驅(qū)動整個系統(tǒng)；（2）P0口的第一到第四引腳控制數(shù)