第三章 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AT89C52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。
3.1.1系统硬件电路构成
本系统以单片机为核心。系统硬件电路由单片机、状态灯、LED显示、按键、组成。其具体的硬件电路总图如图3.1所示。
其中P0，P1，用于送显两片LED数码管，P2用于控制红绿黄发光二极管，XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路，REST引脚接上复位电路，P3.2即INT1东西时间设置键J，，P3.6接南北时间设置键S，P3.7接自动模式选择／返回键F。
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。
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P2口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显P0和P1口，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，
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。
15
图3.1 基于单片机的交通灯控制系统电路图
16
3.2单片机的选择
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。
3.2.2 AT89C52芯片的主要性能
芯片AT89C52是ATMEL公司生产的带2K字节快闪存储器的8位单片 机。它具有如下的一些特性：
★指令和89C51产品兼容 ★内含2K字节可重复编程快闪存储器 ★耐久性1,000写/擦除周期 ★2.7V~6V的工作电压范围 ★全静态操作0Hz~24MHz ★二级程序存储器加锁 ★内含128*8位内部RAM ★15根可编程I/0引线 ★2个16位的计数器/定时器 ★6个中断源
★带有可编程串行通讯口 ★可直接驱动LED输出 ★片内模拟电压比较器 ★低功耗空载和掉电方式 另外,该单片机还具有体积小,价格低等特点。
3.2.3 AT89C52芯片的内部结构框图
AT89C52是一带有2K字节快闪可编程可擦除存储体(EEPROM)的低电压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和快闪存储器，ATMEL公司生产的AT89C52是一强劲的微型计算机，它对许多
17
嵌入式控制的应用，提供了一种高度灵活和成本低的解决办法。图3.2为AT89C52的内部结构框图。
图3.2 AT89C2051内部结构图
3.2.4 AT89C52芯片最小系统
一个最简单的单片机系统包括晶振、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)。
（1）时钟电路
首先介绍一下单片机的晶振电路，即时钟电路。单片机的工作流程，就是在系统时钟的作用下，一条一条地执行存储器中的程序。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。
（2）复位电路
18
系统刚上电时，单片机内部的程序还没有开始执行，需要一段准备时间，也就是复位时间。一个稳定的单片机系统必须设计复位电路。当程序跑飞或死机时，也需要进行系统复位。复位电路有很多种，有上电复位，手动复位等。
(3) EA脚的功能及接法
单片机的EA脚控制程序从内部存储器还是从外部存储器读取程序。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。
本设计中复位方式采用上电∕按键手动复位方式，时钟采用内部时钟。如下图3.3所示。
图3.3 本系统复位与时钟方式
3.3其它硬件介绍及连接
3.3.1八段LED数码管
LED显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。LED数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。以八段共阳管为例，它有8个发光二极管(比七段多一个发光二极管，用来显示sP，即点)，每个发光二极管的阳极连在一起，如图3.4所示。这样，一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。为方便起见，本文主要讨论共阳八段LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。
19