宿州学院本科生毕业设计 基于单片机AT89C51的交通灯控制器的设计
1. 整体方案设计
1.1 方案分析
交通灯一般设在城市道路的十字路口，可以分为东西方向（主干道）和南北方向（次干道），东西南北四个路口均设有有红绿黄3种灯和1个二位数码显示管。在某一时刻规定只有一个方向可以通行，另一方向被禁行，状态经过一定的过渡时间，将通行方向和禁行方向相互对换。其具体状态如下图所示。（白色表示灭）。通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如图1：
图1 交通灯状态图
·东西方向（主干道）红灯灭，同时绿灯亮，南北方向（次干道）黄灯灭，同时红灯亮，倒计时显示60秒。在此种状态下，东西方向（主干道）允许通行，南北方向（次干道）禁止通行。
·东西方向（主干道）绿灯灭，同时黄灯闪烁，南北方向（次干道）红灯亮，倒计时显示10秒。在此种状态下，除了正在通行中的车辆外，其他所有的车辆都应该等待状态转换。
·南北方向（次干道）红灯灭，同时绿灯亮，东西方向（主干道）黄灯灭，同时红灯亮，倒计时50秒。在此种状态下，东西方向（主干道）禁止通行，南北向允许通行。
·南北方向（次干道）绿灯灭，同时黄灯闪烁，东西方向（主干道）红灯亮，倒计时10秒。在此种状态下，除了正在通行中的车辆外，其他所有车辆都应该等待状态转换。
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1.2 方案确立
本设计系统以AT89C51单片机为控制核心，连接成最小系统，由倒计时显示模块、交通灯显示模块、按键开关控制模块组成。软件部分使用的是C 语言编程，由软件设置交通灯的初始时间，东西方向（主干道）通行60秒，南北方向（支干道）通行50秒，数码管采用动态显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的点亮与熄灭，采用中断方式实现各按键的功能。
2. 系统的硬件设计
2.1 设计原理及方法
本设计采用模块化的分层次设计方法，以单片机AT 89C 51为控制核心，连接成最小系统，由倒计时显示模块、交通灯显示模块、按键开关控制模块等组成。系统的总体框图如下所示。
图2 交通灯控制器框图
本系统采用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块，4个数码管东西南北方向各一个构成倒计时显示模块，通过四个按键Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３模拟控制交通灯东西通行，南北通行，返回，紧急情况各个交通灯工作情况之间相互转化。
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2.2 AT89C51单片机最小系统
单片机最小系统一般有晶振、复位、电源、系统的输入控制、输出显示，以及其他外围模块(如通信、数据采集等)等模块组成。 2.2.1 复位电路
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由手动复位和上电复位两部分组成。
（1）上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。
（2）手动复位：手动复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。
图3 单片机手动复位电路
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2.2.2 时钟电路
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。
单片机的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。
在内部时钟方式下单片机内部的高增益、反相放大器通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的外部晶体管振荡器与电容组成的并联谐振回路构成一个稳定的自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20μs，且为频率低于12MHz的方波。本设计采用内部时钟方式，单片机系统常用的晶振频率有6MHz、11．0592MHz、12MHz、本系统采用11．0592MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。
图4 单片机时钟电路
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2.2.2 EA脚的功能及接法
AT89C51 单片机的EA/VPP（31 脚） 是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA 保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。由于现在单片机内部的flash容量都很大，因此基本都是从内部的存储器读取程序，即不需要外接ROM来存储程序，因此，EA脚必须接高电平。
图5 单片机最小系统
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