单片机的智能交通灯的设计
引言
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段，这一技术已经有相当长的发展历史了。
交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，更改变了交警轮流指挥和疏散交通拥挤的现状，实现了人，车，路三者的同步协调。现阶段，许多设计工作者又设计出许多智能化，自动化，数字化等更先进的交通灯控制方案，这更方便于维护管理，给人们提供了更加便利的交通环境。
目前，城市规模还在不断的扩大，人们对交通信号灯的控制也越来越高，我们需要更高层次的去了解交通信号灯，结合城市十字路口交通的需要，不断地去创新，才能达到发展的需求，所以研究交通信号灯的极为重要。
1.1单片机概述
计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的
单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：
（1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。
（2）所集成的部件越来越多；部分公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。
（3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
1.2方案的设计与论证
此设计以单片机为核心，以LED数码管作为倒计时指示，根据设计的要求我们考虑了各功 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
能模块的几种设计方案，以求最佳方案，实现实时显示系统各种状态，系统总体设计框图如图所示。
交通灯控制的框图如下图所示，主要有控制电路、、晶振电路、复位电路、电源电路等电路共同构成。
1.2.1电源提供方案
为使模块稳定工作，需要可靠电源。本次设计考虑了两种电源方案：
方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路。
方案二：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明，节约成本；缺点是输出功率偏低。
综上所述，选择第二种方案。
二 系统硬件设计
硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：①系统稳定性；②器件的通用性；③软件编程的易实现性；④系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。
2.1总体设计
本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。
单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。
系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。
2.2 单片机的选择
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以及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机其发展趋势不外乎以下几个方面：
1、多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PCA（可编程计数器阵列）、WDT、高速I/O口及计数器的捕获等。
2、高效率和高性能
为了使执行速度和执行效率变强，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力，已经超越了以往的数量和限制。
3、低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作，功耗已经降低到u级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
2.3 单片机的基本结构
AT89S52单片机是一款低功耗、低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器。AT89C52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在当前生活中的各个控制领域[1]。
（一）什么是单片机
单片微型计算机简称单片机（MCU），是典型的嵌入式微控制器，单片机
2．4单片机外围电路设计
2.4.1复位电路设计
MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51的时钟电路工作后，仅需RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作，如果RST保持高电平，则MCS-51循环复位，只有单RET由高电平变成低电平以后，MCS-51才从0000H地址开始执行程序，本系统采用按键复位方式的复位电路。
2.2.2外部晶振时钟电路设计
MCS-51的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，另外一种为外部方式，本论文根据实际需要和简便，采用内部振荡方式，MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器。
2.2.3 显示模块电路设计
该模块由共阳LED数码管组成，利用数码管的动态扫描原理，由三极管进行锁存，当控制数码管的IO口P20和P21为低电平时（及三极管基极为低电平），则三极管导通，VCC通三极管给数码管供电，则数码管被点亮。
从设计完成的任务与要求来看，显示通行时间必须用二位数码管，从节省硬件资源的角度考虑，可采用扫描的方式来处理，对于7段数码管，占用7个单片机的I/O口，另外设置2个电子开关对2位显示进行配合，占用2个I/O端口，十字路口共需4组红绿灯，加上转换黄灯，一共是12只灯。这款单片机的I/O口作为输出时，具有较大的吸收电流能力，因此我们可以选用共阳型数码管，这样由单片机的I/O口就可以直接驱动，可以简化电路的设计。
三
DXY=1; //东西黄灯灭
beep=0; //打开蜂鸣器
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段，这一技术已经有相当长的发展历史了。
交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，更改变了交警轮流指挥和疏散交通拥挤的现状，实现了人，车，路三者的同步协调。现阶段，许多设计工作者又设计出许多智能化，自动化，数字化等更先进的交通灯控制方案，这更方便于维护管理，给人们提供了更加便利的交通环境。
目前，城市规模还在不断的扩大，人们对交通信号灯的控制也越来越高，我们需要更高层次的去了解交通信号灯，结合城市十字路口交通的需要，不断地去创新，才能达到发展的需求，所以研究交通信号灯的极为重要。
1.1单片机概述
计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的
单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：
（1）可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。
（2）所集成的部件越来越多；部分公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。原因是其内部已集成上各种应用电路。
（3）功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。
1.2方案的设计与论证
此设计以单片机为核心，以LED数码管作为倒计时指示，根据设计的要求我们考虑了各功 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
能模块的几种设计方案，以求最佳方案，实现实时显示系统各种状态，系统总体设计框图如图所示。
交通灯控制的框图如下图所示，主要有控制电路、、晶振电路、复位电路、电源电路等电路共同构成。
1.2.1电源提供方案
为使模块稳定工作，需要可靠电源。本次设计考虑了两种电源方案：
方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路。
方案二：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明，节约成本；缺点是输出功率偏低。
综上所述，选择第二种方案。
二 系统硬件设计
硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：①系统稳定性；②器件的通用性；③软件编程的易实现性；④系统其它功能及性能指标；因此硬件设计至关重要。
2.1总体设计
本设计以单片机为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、键盘及状态显示、倒计时模块等。
单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机振荡电路、复位电路等组成。
系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。
2.2 单片机的选择
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以及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机其发展趋势不外乎以下几个方面：
1、多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上，使得单片机可以实现更多的功能。比如A/D、PCA（可编程计数器阵列）、WDT、高速I/O口及计数器的捕获等。
2、高效率和高性能
为了使执行速度和执行效率变强，单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能有了明显的提高，表现为：单片机的时钟频率得到提高；同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，单片机的寻址能力，已经超越了以往的数量和限制。
3、低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。由于CMOS等工艺的大量采用，很多单片机可以在更低的电压下工作，功耗已经降低到u级。这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
2.3 单片机的基本结构
AT89S52单片机是一款低功耗、低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器。AT89C52是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在当前生活中的各个控制领域[1]。
（一）什么是单片机
单片微型计算机简称单片机（MCU），是典型的嵌入式微控制器，单片机
2．4单片机外围电路设计
2.4.1复位电路设计
MCS-51的复位输入引脚RST为MCS-51提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在MCS-51的时钟电路工作后，仅需RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作，如果RST保持高电平，则MCS-51循环复位，只有单RET由高电平变成低电平以后，MCS-51才从0000H地址开始执行程序，本系统采用按键复位方式的复位电路。
2.2.2外部晶振时钟电路设计
MCS-51的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，另外一种为外部方式，本论文根据实际需要和简便，采用内部振荡方式，MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器。
2.2.3 显示模块电路设计
该模块由共阳LED数码管组成，利用数码管的动态扫描原理，由三极管进行锁存，当控制数码管的IO口P20和P21为低电平时（及三极管基极为低电平），则三极管导通，VCC通三极管给数码管供电，则数码管被点亮。
从设计完成的任务与要求来看，显示通行时间必须用二位数码管，从节省硬件资源的角度考虑，可采用扫描的方式来处理，对于7段数码管，占用7个单片机的I/O口，另外设置2个电子开关对2位显示进行配合，占用2个I/O端口，十字路口共需4组红绿灯，加上转换黄灯，一共是12只灯。这款单片机的I/O口作为输出时，具有较大的吸收电流能力，因此我们可以选用共阳型数码管，这样由单片机的I/O口就可以直接驱动，可以简化电路的设计。
三
DXY=1; //东西黄灯灭
beep=0; //打开蜂鸣器
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