3 系统硬件电路的设计
3.1系统硬件总电路构成及原理
实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89S51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，8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块，车流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕获违规信号，若干按键组成时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等，以及用1个蜂鸣器进行报警。
3.1.1系统硬件电路构成
本系统以单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环控制系统。系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、违规检测电路，状态灯，LED显示，按键，蜂鸣器组成。其具体的硬件电路总图如图3.1所示。
p13p14p15RYGAMBERCC12345678abacdfgbeecfdgdpdpGNDP209AMBERCC12345678abacdfgbeecfdgdpdpGNDP2190.3K0.3K0.3KvccvccvccRp100.3KYp110.3KGp120.3Kp13p14vcc0.3Kvcc0.3Kvcc0.3Kp15R8RYG1KRp10U?Yp117126vccp12345ABCDLTBI/RBORBI7448abcdefg131211109151412345678DS?AMBERCCabacdfgbeecfdgdpdpGNDP229DS?AMBERCC12345678abacdfgbeecfdgdpdpGNDP239GDS?AMBERCC12345678abacdfgbeecfdgdpdpGNDP249DS?AMBERCC12345678abacdfgbeecfdgdpdpGNDP259vcc光敏电阻vcc0.3K0.3K0.3KA1104开关型霍尔车辆检测传感器p101p112p123p134p145p1567813121514P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR8051P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27vccRXDTXDALE/PPSEN1011302939383736353433322122232425262728P20P21P22P23P24P25P26P27vcc1vccR4vccvccvccJR9A1104开关型霍尔车辆检测传感器vcc12345678DS?AMBERCCabacfbdgeecfdgdpdpGNDP269DS?AMBERCC12345678abacfbdgeecfdgdpdpGNDP279VCCC1CRYSTAL11.0592MHZC2R5vcc31191891716D1LM78052+21.6v10.22μfVinGNDR1C3vccSFR2R3220v交流Ｕ１Ｕ２4Vout3+5v0.1μfvccＣ４C52vccvcc 图3.1 总体设计电路图
其中P0，P2，用于送显两片LED数码管，P1用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，RESET引脚接上复位电路，P3.3即INT1接违规检测电路和P3.2即INT0接紧停／东西时间设置键J，P0.6，P0.7接车流
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量检测电路，P3.6接南北时间设置键S，P3.7接自动模式选择／返回键F，P3.4接蜂鸣器。
3.1.2系统工作原理
系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。若此时F键按下，则设置为自动模式，若此时按下的是S键，则设置为时间设置模式，依次按S若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间，再按F键确认。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标志是否要进行车流量检测及调整。
接下来，系统必须先显示状态灯及LED数码管，将状态码值送显P1口，将要显示的时间值送显P0口和用P2口来选通LED数码管的显示导通，在此同时以50ms为周期，用软件方法计时1秒，到达1s就要将时间值减1，刷新LED数码管。
时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值，
当然，还要开启两个外部中断，其一为违规信号或禁停信号输入，一旦信号有效，中断开始，进入中断服务子程序，开启蜂鸣器禁止全部通行，当按下F键，中断结束返回。其二为车流量检测信号输入，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，然后中断结束返回。
每满一个状态循环周期，若为自动模式，则须将检测到的车流量数据处理一次，判断两个方向的交通轻重缓急状况，再调整下次状态循环的红绿灯时间，以达到自动控制的目的。
3.2 AT89S51单片机简介 3.2.1单片机的概述
单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以及定时器/计数器集成在一块芯片上，从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点，因此，适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前
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端装置。正是由于这一原因，国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质，但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受，所以仍沿用“单片机”这一名称。
单片机的主要特点有： 1)具有优异的性能价格比。 2)集成度高、体积小、可靠性高。 3)控制功能强。 4)低电压，低功耗。
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器 既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
3.2.2 AT89S51芯片内部结构简介 ·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。
·数据存储器(内部RAM)：
数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
·程序存储器(内部ROM)：
程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB闪存。
·定时/计数器(ROM)：
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定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51共有2个16位定时/计数器。
·并行输入输出(I/O)口：
8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。
·全双工串行口：
A89S51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。
·时钟电路：
时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 ·中断系统：
中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。
图3.2 AT89S51系列单片机的内部结构示意图
AT89S51共有5个中断源，其中有2个外部中断源和3个内部中断源。
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3.2.3 主要引脚功能
AT89S51 引脚图如图3.3 所示：
图3.3 引脚图 ·VCC：电源电压 ·GND：地
·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I／0口，也即地址／数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
·P1口：Pl 是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。
表3.1 具有第二功能的P1口引脚 端口引脚 P1.5 P1.6 P1.7 第二功能： MOSI（用于ISP编程） MOSI（用于ISP编程） MOSI（用于ISP编程） ·P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I／O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内
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