通过。时间为60秒。
（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过。时间为80秒。东西方向车流大通行时间长。
（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。
2.1.2 键盘控制方案
键盘分为独立式键盘和行列式键盘。本次设计考虑了这两种键盘方案：
方案一：采用行列式键盘。行列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通，而是通过一个按键加以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省I/O接口。
方案二：采用独立式键盘。独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作可靠但每个按键必须占用一跟I/O接口线，I/O接口线浪费较大，在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息，可将按键直接在一根I/O接口线上，故只在按键数量不多时采用。本设计应用的接口数量不多，故选择此方案。
2.1.3 看门狗保护方案
在单片机系统中，看门狗的设计一般采用硬件和软件两种方式。本次设计考虑了这两种方案：
方案一：采用软件看门狗。软件看门狗是利用单片机片内闲置的定时器/计数器单元作为看门狗，在单片机程序中适当的插入监控指令，当程序出现异常或进入死循环时，利用软件将程序计数器PC赋予初始值，强制性的使程序重新开始运行。软件看门狗的最大特点是无须外加硬件电路，经济性好。但可靠性差，需要占用系统内存。当然，如果片内的定时器/计数器被占用，就需要寻求其它的设计方式了。
方案二：采用硬件看门狗。硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲[4]。从实现角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的RESET引脚使单片机复位。该方案可靠性高，不需要占用系统内存。但需要外加硬件电路，经济性较差。由于本设计中的安全性要求较高，所以采用硬件看门狗方案。 2.1.4 显示控制方案
这里同样讨论了两种方案：
方案一：采用静态显示。静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显示亮度由保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。
方案二：采用动态显示。LED动态显示硬件连接简单，比较节省I/O接口，但其亮度不如静态显示方式，且动态扫描的显示方式在显示位数较多时，CPU要依次扫描，需占用CPU较多的时间。在该系统中由于单片机除了扫描89C51芯片外没有太多的实时测控任务，故本设计中采用动态扫描方式。
[3]
2.2 交通灯控制的功能要求
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本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，交通违规处理等功能。
（1）倒计时显示
倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。
（2）车流量检测及调整
随着我国经济建设的蓬勃发展，城市人口和机动车拥有量在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。车辆检测器作为智能交通系统的基本组成部分，在智能交通系统中占有重要的地位。现阶段，车辆检测器检测方式有很多，各有其优缺点，如红外线检测器、地磁检测器、机械压电检测器，磁频检测器、波频检测器、视频检测器等。一般车流量检测器采用传感器+单片机+外围器件来实现[6]。而且，目前国内使用的红绿灯都是固定的红绿灯时间，并自动切换。红灯时间和绿灯时间，是根据道口东西向和南北向的车流量，利用统计方法确定的。交通警察不断观察十字路口的两个方向，根据车辆密度和流速决定是否切换红绿灯，以保证最佳的道路交通控制状态。
（3）时间手动设置
除系统根据车流量自动控制调整，也可以通过键盘进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I/O口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I/O口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键控制不多，且I/O口足够，可直接采用独立式。
（4）违规检测 交通规则必须人人遵守，但是违反规则，如闯红灯等，也时有发生，交警等交通管理人员虽然可以进行实时监管，但是耗费精力，在路口设置检测传感器就可以进行自动的警报提示。
[7]
2.3 系统总框图
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、看门狗电路模块、红外对管检测模块等。
单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。本系统在此基础上，加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。
键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。
系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。
友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。
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图2.1 总体框图
据此，本设计系统以单片机为控制核心，由车流量检测模块，违规检测模块，和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块，8段LED数码管倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。系统的总体框图如图2.1所示。
2.4 系统工作原理
（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1口输入到系统
（2）由8051单片机的定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。
（3）通过8051的P1口设置各个信号灯的燃亮时间，设置绿、红时间分别为60秒、80秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。
（4）通过8051单片机的P3.1位来控制系统是继续工作或设置初值，当P3.1位为0，就对系统进行初始化，为1系统就继续工作。
（5）红灯倒计时时间，交通指示灯红灯亮，当有车辆闯红灯时，单片机中断，进入中断服务子程序，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。
（6）红灯时间倒计时完毕，黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （6）绿灯倒计时时间，增加每次绿灯时间车流量检测的功能，若检测到车辆经过，进入相应的中断子程序，将存储车流量的计数器加1，并且通过查询P2.4和P2.5端口的电平是否为低，当开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。 （7）绿灯时间倒计时完毕，黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。重新循环。
3 系统硬件设计
硬件有单片机、存储器、若干I/O（扩展）接口、驱动器件、保护器件、检测器件及外
4
围设备等组成。其中单片机是整个系统的核心部件，能运行程序和处理数据。存储器用于存储单片机程序和数据。I/O接口是单片机与外部被控制对象交换的信息通道，包括以下及部分数字量I/O接口（频率、脉冲等）、开关量I/O接口（继电器开关、五触电开关、电磁阀等）、模拟量I/O接口（A/D或D/A转换电路）。有时需要扩展I/O接口来满足单片机接口数量上的不足，通常采用8255芯片。通用外部设备室进行人机对话的纽带，包括键盘、显示器等。
3.1 AT89C51单片机简介
3.1.1 AT89C51单片机内部结构
AT89C51是8051系列单片机的典型产品，AT89C51单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，如图3.1所示。
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图3.1 总线结构
现在说明如下：
（1）中央处理器
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
（2）数据存储器(RAM) AT89C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
（3）存储器(ROM)
AT89C51共有4KB个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 （4）定时/计数器(ROM) AT89C51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
（5）并行输入输出(I/O)口 AT89C51共有4组8位I/O口（P0、P1、P2和P3），用于对外部数据的传输。 （6）全双工串行口 AT89C51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 （7）中断系统 AT89C51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中
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断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
（8）时钟电路 AT89C51内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但AT89C51单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的AT89C51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。 3.1.2 89C51单片机的引脚
89C51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的。89C51有40条引脚,与其他51系列单片机引脚是兼容的
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[9]
。这40条引脚可分为I/O接口线、电源线、控
制线、外接晶体线4部分.，89C51单片机为双列直插式封装结构,引脚如图3.2所示。
图3.2 89C51引脚分配图
89C51单机的电源线有以下两种： （1）VCC：+5V电源线。电源线。 （2）GND：接地线。
89C51单片机的外接晶体引脚有以下两种：
（1）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。
（2）XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。 控制线89C51单片机的控制线有以下几种：
（1）RST：复位输入端，高电平有效。 （2）ALEPROG：地址锁存允许/编程线。 （3）PSEN：外部程序存储器的读选通线。
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