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1、 摘 要交通灯控制系统是整个交通系统的重要组成部分，它起到指挥交通正常运行的作用，尤其是在车流量比较大和行人比较多的城市十字交通路口。随着城市化步伐的迈进和最近几年经济的快速发展，涌入城市的人力和机动车数量的突飞猛进对城市交通的影响很大，更加突出了交通灯控制系统的重要性。本设计主要包括硬件和软件两部分。硬件部分以市场最常见的STC89C52单片机为核心，连接外围时钟电路、复位电路、倒计时显示电路、交通灯显示电路、按键控制电路构成单片机控制下的交通灯系统。通过单片机P1接口控制交通灯信号的循环显示、P2接口将剩余时间通过双位数码管倒计时显示、每个按键控制单片机执行不同的功能，比如通行禁止时间的调
2、整、单方向快速通行等。软件部分主要完成各个功能子程序的设计并用C语言在keil软件环境编写和编译，最后用其控制单片机完成设计中的全部功能。设计在完成交通灯系统的基本功能上增加了如下功能：通行时间可以改变、紧急车辆快速通行、倒计时显示、单方向车辆快速通行。这使得其更能适应现代的交通需求。设计通过软件测试与仿真证明了方案的可行性，最终做出实物并调试成功进一步证明了方案的正确性。关键词: 单片机，红绿灯显示，数码管显示, 74HC573锁存器，控制ABSTRACT Traffic light control system is an important component of the entire
3、 transport system, which plays the role of directing traffic in normal operation, especially in the traffic volume is relatively large. With urbanization pace forward and rapid economic development in recent years, the increased manpower and the number of vehicles has great impact on urban traffic,
4、which highlights the importance of traffic light control system. The design includes both hardware and software parts. Hardware part of the market the most common STC89C52 microcontroller core, connecting peripheral clock circuit, reset circuit, the countdown display circuit, traffic lights display
5、circuit, key control circuit chip control traffic lights system. P1 through the microcontroller interface control traffic lights signal cycle. P2 interface time remaining countdown through dual digital tube display. each key control microcontroller perform different functions, such as prohibiting pa
6、ssage of time to adjust, single direction fast access and so on. Software part is complete design of each function subprogram and write by C language in the keil software, which is used to control MCU to complete all functions. Except the basic function of traffic light system, this design also can
7、achieve other functions those are the function of change the passage of time, rapid emergency traffic, the countdown display, and single direction vehicle rapid transit. Dueing to which, the design can adapt to the modern traffic demand. This design through software testing and simulation proves the
8、 feasibility of this design, and ultimately make a real and successful commissioning further proof of the correctness.KEY WORDS: microcontroller, traffic lights display, digital control display, 74HC573 latch, control53目 录前 言1第1章 系统总体设计61.1系统基本构成和原理61.2 交通灯系统的通行方案设计71.3交通灯系统的各个功能设计81.3.1 倒计时显示81.3.2
9、 红绿灯时间可调81.3.3 按键选择91.3.4 紧急处理9第2章 系统硬件电路设计102.1系统硬件总电路图构成及原理102.1.1 系统硬件电路构成102.1.2 系统工作原理122.2 部分器件的简介122.3 各模块控制电路162.3.1 LED交通灯显示模块162.3.2 复位电路182.3.3 数码管显示模块192.3.4 按键部分212.3.5 晶振电路22第3章 系统软件程序设计233.1 程序主体设计流程图233.2子程序流程图及部分解释243.2.1 延时子程序253.2.2 初始化子程序253.2.3 交通灯显示子程序263.2.4 数码管显示子程序273.2.5 按键
10、控制子程序29第4章 仿真与调试314.1软件环境的介绍314.1.1 keilVision2314.1.2 Protel99SE324.1.3 Proteus324.2 软件仿真334.3 硬件调试35第5章 结论38参考文献39致 谢41附录 原理图42附录 仿真连线图43附录 实物图44附录 程序代码45前 言研究背景交通控制，也叫交通信号控制，或城市交通控制，就是依靠交通警或采用交通信号控制设施，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。它通过由电子计算机管理的交通控制设施对交通流进行限制、调节、诱导、分流以达到降低交通总量，疏导交通，保障交通安全与畅通的目的。交通灯系统是城市交通系统的重
11、要组成部分。随着经济的发展交通问题不断出现，人们用各种各样的方法改进交通灯系统以使其能够满足当今的交通需求。我国经济的飞速发展使机动车成为人们生活中不可缺少的代步工具，与此同时我国的人口数量也在持续增长，这就使机动车的数量不断增长，交通问题也越来越严重14。交通问题主要表现在交通拥挤和交通事故，交通拥挤严重影响人们的日常出行，交通事故直接影响人们的生命安全，因此急需要一种新的交通灯系统来控制交通的运行18。 我国的交通灯系统还在使用早期的“固定配时”方式来实现道路的交通控制，这种交通控制对于早期的小车流量道路有着显著的效果。随着机动车数量的增加这种简易的交通控制方式已经不能满足道路畅通的基本要
12、求，于是一种保证道路安全畅通的交通灯控制系统已经成为人们关注的重点。研究现状19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一位手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩 ，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。
13、不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。1918年纽约街头出现了新的信号灯，这是与当今使用的信号灯极为相似的红黄绿三色灯，但是它是人工操作的。虽然这些简单的交通信号灯控制还不能归入第一代城市交通控制系统，但是这些努力为以后城市交通控制系统的发展奠定了基础。第一代城市交通控制系统是从1926年英国首次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号开始的，同时也标志着城市交通自动控制的开始。但相互之
14、间没有通讯联系和协调动作所以第一代交通控制系统是一种孤立的交通控制系统，即所谓的“点控”3。第二代城市交通控制系统是从20世纪五六十年代开始的。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了交通信号机网的配时方案选择式信号灯控制系统，成为“PR”系统，其核心技术是单点感应控制原理在交通网络中的应用，在线通过抽样数据计算绿信比和相位差，这种控制十分有效。进入60年代以来电子计算机的广泛应用为多个交叉路口的红绿灯协调自动控制提供了新的技术条件3。第三代城市交通控制系统主要特点是把人工智能技术应用于城市交通控制系统中。1967年，英国运输道路研究实验室（TRRL）成功的研究出交
15、通网络研究工具“TRANSYT”，用于脱机优化配时方案，它的广泛应用，把交通控制技术推向更高的发展阶段。后来在“TRANSYT”的基础上开发的“SCOOT”系统及澳大利亚开发了“SCAT”自适应控制系统10，成为世界上两个最优秀的城市交通信号控制系统。人工智能技术始于20世纪五六十年代，针对传统交通控制系统技术的缺点，交通工程师把人工智能的专家系统，人工神经网络, 模糊逻辑，遗传算法等先进技术应用到交通工程领域8。当进入90年代欧美提出智能运输系统ITS这一全新的交通模式以彻底改善城市交通状况。自1868年英国伦敦首次使用煤气信号灯以来, 道路交通信号控制经历了百余年的发展。英国、澳大利亚、美
16、国、意大利、德国和加拿大等西方发达国家投入大量的人力、物力研究交通信号控制系统, 取得了一系列成果。目前比较成功的典型的交通信号控制系统有TRANSYT、SCOOT 和SCATS等等3。TRANSYT英国交通与道路研究所( TRRL )于1968年开发成功的一套脱机操作的区域定时协调控制系统, 目前最新版本号是13. 1. 0, 是目前最成功的静态系统, 在世界各国有着广泛的应用10。不足之处，计算量太大和花费大量的人力物力采集信息等。SCOOT是TRL与PEEK 公司、西门子公司在TRANSYT 基础上于1979 年研制成功的在线TRANSYT系统, 是一种方案生成式自适应区域协调控制系统,
17、 SCOOT采用三级结构：交通管理服务器、交通控制服务器和信号机13。目前最新版本是SCOOT MC3。其优点是降低计算量和很容易跟踪和把握当前交通趋势。缺点是难以实现大区域控制和采集大量信息耗时费力等。SCATS是澳大利亚新南威尔士道路交通局于20世纪70年代末研究成功的一种实时自适应区域控制系统, 确切地说它是一个实时方案选择型的区域控制系统, 目前最新版本SCATS 。其优点是把信号周期、绿信比和相位差作为独立的参数分别进行优选。缺点是没有使用交通流模型和难以监测车队的行进等。南京城市交通控制系统(简称NUTCS)是我国自行研制开发的第一个实时自适应城市交通信号控制系统, 是在原国家计委
18、和国家科委的批准下, 由交通部、公安部和南京市共同完成的, 是“七五”国家重点科技攻关项目(编号2443) , 多次获得公安部和国家的技术大奖。NUTCS结合了SCOOT 与SCATS 的优点, 满足和适应国内路网密度低而且路口间距悬殊的道路条件以及混合交通突出的交通特点。不足之处机动车与非机动车控制模式尚不完善，仍然大量存在车流相互影响的情况, 限制了系统运行效果; 二是优化目标只是综合考虑了行车延误、停车次数和阻塞度, 但未把提高道路能力作为系统目标加以充分考虑4。深圳市SMOOTH交通信号控制系统采用分布式控制模式、三层体系结构、大型数据库、多服务器协同处理; 针对深圳市高饱和度、高复杂
19、度、高期望值的交通需求, 和规律性、可变性、随机性相结合的交通特征, 采用了灵活有效的控制策略, 在平峰时段追求通行能力最大, 高峰时段追求拥挤度最小; 系统吸收了KATNET系统识别交通状态的方法、SCOOT 系统“临近预测”的策略以及SCATS系统战略控制与战术微调相结合的手段, 提出了基于交通状态识别下的多目标决策控制策略以及单路口自适应控制和路网区域协调控制相结合的综合解决方案。深圳市应用结果表明, 该系统达到了设计目标和应用要求, 有效降低了路网的行车延误、提高了通行能力, 交通堵塞状况得到明显改善4。本文研究内容单片机控制下的交通灯系统是在当今的我国实际交通灯系统的基础上研究的，用
20、于解决当今社会道路资源不变的情况下机动车不断增加带来的一些交通问题16。用功能强大的单片机芯片及其外围电路设计出一套适用于十字路口的交通控制系统，以缓解交通拥堵等问题的发生。单片机控制下的交通灯系统做了一下几个方面的设计：(1) 基础的交通灯显示，东西方向绿灯亮8秒南北方向绿灯亮7秒黄灯亮5秒，其相应的东西方向红灯亮12秒南北方向红灯亮13秒。(2) 连接经典复位电路。(3) 设置双位数码管倒计时显示各个方向的剩余时间。(4) 用按键控制交通灯的所有红灯亮同时数码管停止倒计时，让急救或警车紧急通过。(5) 设置各个方向的红绿灯显示时间可调整，每次调整5秒。(6) 按键控制东西方向或南北方向临时
21、快速通过。本设计通过以下方法完成以上设计：首先，分析交通灯系统，东西南北四个方向中东西方向的显示相同，南北方向的显示相同。因此，只需要6个单片机端口就可以控制12个发光二极管完成交通灯系统的基本功能20。（本设计选用P1的前6个端口控制交通灯）其次，数码管的倒计时显示也不需要全部接到单片机上，单片机总共40个端口，就是全部用来接8个数码管也不够。所以本设计用74HC573锁存器来减少需要连接的端口数。最后，各个控制按键分别接在其他剩余端口，接在P0端口的各个按键需要接上拉电阻才能正常工作。（这是由于单片机内部结构所导致的）本论文通过以下几个方面介绍本设计：第1部分 前言，介绍交通灯的发展与选题
22、的意义。第2部分 总体设计，从总的方面来介绍本设计的结构和功能。第3部分 硬件设计，分别介绍每个子模块的连接方法和设计思路。第4部分 软件设计，说明控制单片机的具体步骤以实现上述的功能。第5部分 软件仿真与调试，证实设计的可行性并展示最终的结果。第6部分 结论、参考文献与致谢。第7部分 附录，原理总图、仿真总图与程序代码。第1章 系统总体设计1.1系统基本构成和原理单片机控制下的交通灯系统是以单片机为核心的基础上连接按键部分，LED红绿灯部分，数码管显示部分，复位部分组成。交通灯系统总体框图，如图1-1所示。图1-1 交通灯系统总体框图本设计以单片机为控制核心，连接各个部分构成交通灯控制系统。
23、由复位电路、按键输入部分产生输入信号对单片机控制，之后单片机控制LED交通灯显示和数码管显示按照输入信号的要求做出相应的响应。系统上电进入正常工作状态，正常执行红绿灯的状态显示，同时将倒计时剩余时间通过双位数码管显示出来6，在交通灯正常显示的情况下还要进行其他功能的处理，如时间改动信号、紧急处理信号、复位信号、快速通行信号的收集并传输给单片机,通过单片机对交通灯系统进行相应的控制。 1.2 交通灯系统的通行方案设计 在交通路口中十字路口占大多数，所以本设计研究十字路口的交通灯控制系统。十字路口的交通大家都很常见，东西南北四个方向，东西方向红绿灯交通信号状态相同，南北方向的红绿灯交通信号状态相同
24、15。简单的介绍一下，当东西方向亮红灯时南北方向亮绿灯或黄灯，黄灯亮过后东西方向和南北方向的亮灯状态相互转换，如此反复的显示就构成红绿灯的基本工作方式。红绿灯的各个状态图，如图1-2所示。（白色表示不亮，黑色表示亮）图1-2 红绿灯的各个状态图为了演示方便东西方向绿灯通行时间设为8秒，南北方向绿灯通行时间设为7秒，黄灯时间均设为5秒且间隔1秒暗灭闪烁，红灯亮的时间设置为绿灯通行时间与黄灯时间相加。红绿灯的具体设置如下：（1） 东西方向绿灯亮8秒，同时南北方向红灯亮8秒，此状态为东西方向通行，南北方向禁行。（2） 东西方向黄灯亮5秒，同时南北方向红灯亮5秒，此时除了已经通行的东西方向车辆其他车辆
25、等待交通灯转换。（3） 东西方向红灯亮7秒，同时南北方向绿灯亮7秒，此状态为东西方向禁行，南北方向通行。（4） 东西方向红灯亮5秒，同时南北方向黄灯亮5秒，此时除了已经通行的南北方向车辆其他车辆等待交通灯转换。1.3交通灯系统的各个功能设计本设计是以实际的交通信号为基础，除了基本的交通信号状态还能进行倒计时显示，红绿灯时间可调，紧急处理等功能。1.3.1 倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员和行人红绿灯显示剩余时间，在通行和禁行中做出合适的选择。本人作为行人对有倒计时的红绿灯路口很喜欢，如有特殊情况可以通过倒计时确认红绿灯是否正常工作，不至于一直看着一种交通信号而产生急躁的情绪，有利于降低交通事
26、故的发生。倒计时显示有液晶显示和数码管显示等多种选择，基于交通灯只显示数字信息和成本高低考虑，本设计使用市场最常见而且价钱便宜的共阴极7段数码管作为倒计时显示器件。倒计时显示需要8个数码管几乎同时工作，单片机的端口完全不够用所以接锁存器减少端口不足的现象。东西方向数码管显示的数字相同，南北方向数码管显示的数字相同，所以用四个锁存器分别控制东西方向和南北方向的高低位。将锁存器的输入端对应相接并且连接在单片机的7个端口，通过选通端控制锁存器锁存每个数字从而达到数码管显示的目的。1.3.2 红绿灯时间可调随着交通道路车流量的增加，固定不变的交通通行时间已经远远不能满足当今的需要，很容易造成交通拥挤的
27、发生，在这个方面本人深有体会。交通状况是时刻改变的，固定的时间设置只能适用于一时而不能永久适用。在一些路口常常会出现这种情况，某一方向出现很长的绿灯通行时间只有很少的车辆通行而另一方向经常出现车辆拥堵的现象。因此本设计添加时间可调设计是为了满足当今道路交通的需求，时间可调设置为每次5秒的加减调整。1.3.3 按键选择按键一般分为独立式和行列式两种。独立式按键电路连接简单，而且每个按键都需要连接一个端口，适用于按键数比较少的系统。行列式按键与独立式的相反，电路连接和程序设计都比较复杂，按键多却需要连接的端口少，适用于按键多而可提供的连接端口少的系统。本设计是以单片机为核心的系统，需要的按键控制不
28、多而且I/O口足够用，因此选用独立式按键。1.3.4 紧急处理交通路口出现紧急情况是很正常的事，如急救车紧急通过、警车办案紧急通过等，在与拯救生命和重大犯罪相比等待一段时间让紧急车先行通行是一个很正常的事情，道德和法律上都说的过去。因此设置有紧急车通过时交通灯四个方向全部亮红灯，待紧急车通过后返回四个方向全亮红灯前的状态。还有一种情况是出现短时间单一方向出行高峰期交通拥挤，改变红绿灯的时间起不到明细的效果。过了这段时间还要改回来很不方便。为此添加了东西方向和南北方向的绿灯快速通行按键，在按下按键的时间内让拥挤的单方向道路红绿灯亮绿灯，车辆快速通行。松开按键就可以回到按键按下之前的交通灯状态。这
29、样设计方便可行，大大减小了来回调整红绿灯时间的烦恼。紧急处理有中断完成和调用子函数完成等多种选择，由于本设计按键控制有7个而中断只有5个所以配合独立式按键本设计的紧急处理选用执行程序的控制语句来完成。第2章 系统硬件电路设计2.1系统硬件总电路图构成及原理为实现本设计的各个具体功能，本人选择STC89C52市场最常见的单片机以及最简单的外围器件构成的最小控制系统，四组信号指示灯每组信号指示灯由红黄绿三种颜色的发光二极管各一个，8个七段数码管分别位于东西南北四个方向每个方向两个构成两位倒计时显示部分，4个74HC573锁存器分别位于东西方向和南北方向中各选一个方向的高低位数码管显示部分用于辅助数
30、码管倒计时显示，8个按键分别设置东西南北方向红绿灯时间的改变、救护车或警车的紧急通过、东西方向或南北方向单方向快速通行和随时复位。2.1.1 系统硬件电路构成系统硬件电路是由所有的元器件根据要求连接起来的电路图。其中复位电路和晶振电路为典型电路，其他部分则是以单片机为中心，控制每个引脚根据软件设计的要求变化从而带动其他元器件做出相应的变化。这样用单片机连接各个外围电路，如按键电路、交通信号灯电路、数码管显示电路、复位电路和晶振电路构成单片机控制下的交通灯系统总体电路图。其中P0.0-P0.4,P3.6,P3.7为按键控制连接端口，P2.0-P2.6为数码管显示连接端口，P1.0-P1.5为交通
31、灯显示连接端口，P1.6, P0.5-P0.7为74HC573锁存器选通控制连接端口。硬件电路原理总图，如图2-1所示。图2-1 硬件电路原理总图2.1.2 系统工作原理系统在上电后自动运行内部程序，第一个状态东西方向亮绿灯8秒同时南北方向亮红灯8秒，第二个状态东西方向变黄灯亮5秒同时南北方向亮红灯5秒，第三个状态东西方向变为红灯亮7秒同时南北方向亮绿灯7秒，第四个状态东西方向亮红灯5秒同时南北方向变黄灯亮5秒，将这四个状态依次循环显示就构成红绿灯显示的基本功能。在红绿灯显示的同时数码管也显示相应的倒计时剩余时间。在第一个状态开始东西方向显示数字08同时南北方向显示数字13，第二个状态开始东西
32、南北四个方向都显示数字05（其中东西方向是重新赋的值，南北方向是第一个状态倒计时剩余的时间），第三个状态开始东西方向显示数字12同时南北方向显示数字07，第四个状态开始东西南北四个方向都显示数字05（其中南北方向是重新赋的值，东西方向是第三个状态倒计时剩余的时间），其中数字的显示随红绿灯显示长短的变化而变化，数码管倒计时显示当前所剩时间，每一秒改变一次，其中黄灯亮暗时间各为1秒，亮暗闪烁以加强提示功能，这样就构成了数码管的倒计时显示。在交通灯系统运行的过程中不断的在调用子程序，几乎时时刻刻都在查询按键是否按下，如果在任何时候有按键按（除复位按键）下交通灯系统就会停止当前工作保存当前的工作状态转
33、向按键所对应的程序完成按键功能，在完成功能后只需松开按键就可快速返回停止工作前的状态继续正常的工作。不管在什么情况下只要按下复位按钮就可以将单片机恢复到初始状态，我自认为手动复位很方便，无论是什么机器都会有系统瘫痪的可能性，虽然说这种事情发生的概率几乎为零，但是几乎不等于绝对，如果发生这种事情只要按下复位按键就可以轻松复位不需要进行拆卸修理。2.2 部分器件的简介（1）STC89C52 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的
34、功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。STC89C52单片机引脚图，如图2-2所示。图2-2 STC89C52单片机引脚图简要介绍一下芯片引脚功能1:VCC接电源。（3.3V-5.5V）GND 接地。P0，P1，P2，P3为输入输出口
35、。（除P0外都有第二功能）RST 复位引脚，当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。（推荐在此引脚与地引脚之间连接一个约8.2K的下拉电阻，与VCC之间连接一个10UF的电容和开关，以保证可靠的复位。）31引脚，访问方式选择，当保持高电平时访问内部存程序储器，超过一定值时将自动转向执行外部程序存储器；当保持低电平时则只访问外部程序存储器。29引脚，输出是外部程序存储器的读选通信号。30引脚，输出信号的下降沿作为锁存低8位地址的控制信号。STC89C52实物图，如图2-3所示。图2-3 STC89C52实物图在此说明AT89C51与STC89C52芯片之间有什么不同，S
36、TC与AT只是不同的两家公司名字，说明是哪家公司生产的。C51与C52的区别仅仅是单片机存储大小的不同完全不影响其正常使用。（2）七段数码管七段数码管分为共阳极和共阴极12，单独的和多个连在一起的，不过多个连在一起的显示原理和单独的显示原理是一样的，通过点亮内部的发光二极管来使相应的数字段发光的。一般区分共阳极和共阴极是通过选通端的连接，共阳极选通端接电源，共阴极选通端接地。单独的数码管一般有10个引脚其中第三个和第八个两个引脚相连接作为选通端，dp为小数点，一般共阴极七段数码管每段和小数点的点亮是在选通端接好的情况给相应的引脚以高电平即可点亮相应位置。共阴极数码管引脚图9，如图2-4所示。图
37、2-4 共阴极数码管引脚图共阴极数码管实物图，如图2-5所示。图2-5 共阴极数码管实物图共阴极数码管内部结构图，如图2-6所示。图2-6 共阴极数码管内部结构图共阳极数码管内部结构图，如图2-7所示。图2-7 共阳极数码管内部结构图（3）74HC573锁存器当锁存使能端LE（图中的C）为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。74HC573引脚图，如图2-8所示。图2-8 74HC573引脚图引脚功能:VCC 接电源。（2V-6V）GND 接地。D1-D8 为数据输入端。Q1-Q8 为数据输出端。LE(图中的C) 为锁
38、存使能端。1引脚，为三态输出使能输入（低电平）。2.3 各模块控制电路 一个完整的系统是由很多个模块构成。每个模块只完成系统的一个小部分，而且每个模块是相互独立的。现实中是将每个模块协调连接起来去完成系统的各种任务。2.3.1 LED交通灯显示模块单片机控制交通灯系统的外围模块中红绿灯显示模块是交通灯显示的主要模块。红绿灯的显示是用普通的发光二极管，四个方向每个方向红黄绿发光二极管各一个，每个二级管都接一个保护电阻(220)限制二极管通过的电流在规定的安全范围之内(3mA-10mA)2，电阻的另一端接电源使单片机端口输出低电平时灯亮。如果东西方向亮红灯，则南北方向亮绿灯或黄灯，反之亦然，所以在
39、硬件上的链接也是对称分布的，东西方向和南北方向对应颜色的灯相互链接。红绿灯连接图11，如图2-9所示。图2-9 红绿灯连接图在本设计中实际上控制的灯只有6个，东西方向的绿灯、南北方向的绿灯、东西方向的黄灯、南北方向的黄灯、东西方向的红灯、南北方向的红灯，单片机以输出低电平控制交通信号灯的亮。用P1.0-P1.5端口控制红绿灯的亮灭。红绿灯连接的对应端口，如表2-1所示。表2-1 红绿灯连接的对应端口方向及灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北红灯南北黄灯南北绿灯管脚P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5单片机控制红绿灯变化对应的数值如下，我们只关心后六位控制端口，括号内前面为二进制代码，后面
40、为对应的16进制代码。东西方向亮绿灯南北方向亮红灯（10110110/0xb6）。东西方向亮黄灯南北方向亮红灯（10110101/0xb5）。东西方向亮红灯南北方向亮绿灯（10011011/0x9b）。东西方向亮红灯南北方向亮黄灯（10101011/0xab）。红绿灯具体的状态显示，如表2-2所示。（0代表低电平，1代表高电平）表2-2 红绿灯具体的状态显示红绿灯的状态状态1状态2状态3状态4东西绿灯0111东西黄灯1011东西红灯1100南北红灯0011南北黄灯1110南北绿灯1101在显示红绿灯时，只需要将16进制的代码经过一定时间的延时依次送入单片机P1接口就可以实现红绿灯的状态变化，使
41、红绿灯按照规定的方式亮暗变化，达到单片机控制下的交通灯系统基本功能。2.3.2 复位电路复位电路分为上电自动复位和按键复位。上电自动复位是在接通电源后复位部分自动给单片机复位端口一段时间的高电平复位，手动按键复位需要人为的在复位端口加上高电平复位，本设计使用手动复位。手动复位的连接电路图种类很多，但都是按下按键后给RST一个持续两个机器周期以上的高电平来复位。其中一种是在RST端和正电源VCC之间接一个按键和电容，在RST与地之间接一个电阻保证安全复位，当有人按下按键时，VCC会直接加在RST端，人按键的动作再快也要10ms的时间，因此足够满足复位所需要的时间 。在此强调单片机在正常工作的情况
42、下RST端接的是低电平。复位电路连接图，如图2-10所示。（9引脚是复位端口）图2-10 复位电路连接图2.3.3 数码管显示模块数码管的连接和交通信号灯的连接相似，东西南北四个方向分别连接两个数码管，因此每个方向的最大倒计时为99。数码管也是东西方向相同，南北方向相同，也是相互对应连接呈现出对称分布的状态。连接数码管也是对应交叉相连，即对应方向高位连接高位，低位连接低位。根据这种情况共阴极数码管我选择独立形式的。每个数码管正常情况10个引脚连接9根线，两组4个数码管则需要至少36个引脚，大大超出了单片机所能提供的最大32个引脚，所以在每个数码管加了一个74HC573锁存器来减少引脚的问题，这
43、样连接需要11个引脚就可以完成数码管的静态倒计时显示，单片机完全可以提供这么多的引脚。数码管的另一种显示方式为动态扫描显示，需要的引脚数为9个，是通过人眼的误差，依次显示每个数码管，使扫描的速度达到一定值每次显示的余晖就会被人所察觉，感觉像是一直在显示从而达到动态显示的目的。但是动态扫描的程序和硬件电路比较复杂而且我实际仿真的效果不是很好，在综合以上情况后我决定使用11个引脚的静态显示方法。数码管引脚状态显示对应表，如表2-3所示。（1表示高电平，0表示低电平）表2-3 数码管引脚状态显示对应表 显示与控制引脚a/P2.0b/P2.1c/P2.2d/P2.3e/P2.4f/P2.5g/P2.6
44、数字 01111110数字 10110000数字 21101101数字 31111001数字 40110111数字 51011011数字 61011111数字 71110000数字 81111111数字 91111011 数码管用单片机P2端口控制，数码管只有7段需要7个接口，小数点暂时用不上舍去，因此只有P2.0-P2.6对应的7个端口控制。数码管对应的接口与对应的74HC573的Q1-Q7想连接。所有的74HC573的D1-D7与P2.0-P2.6相连接就构成了数码管的倒计时显示。 数码管显示16进制代码，如表2-4所示。表2-4 数码管显示16进制代码数012345678916进制代码0
45、xbf0x060xdb0xcf0xe60xed0xfd0x070xff0xef每个锁存器对应的连接，东西方向高位由P0.7控制即U3锁存器，东西方向低位由P0.6控制即U2锁存器，南北方向高位由P0.5控制即U4锁存器，南北方向低位由P1.6控制即U5锁存器。在运行前给这四个端口赋低电平让数码管不显示任何数值，直到数码管显示时才让P0.7端口高电平给东西方向高位赋值，之后给P0.7端口低电平锁存当前数值，让P0.6端口高电平给东西方向低位赋值，之后给P0.6端口低电平锁存当前数值，让P0.5端口高电平给南北方向高位赋值，之后给P0.5端口低电平锁存当前数值，让P1.6端口高电平给南北方向低位赋
46、值，之后给P1.6端口低电平锁存当前数值，这样依次按要去延时后在循环显示就构成了单片机控制下的交通灯系统数码管的倒计时显示。由于原理图画的太大，所以给出一个方向数码管的连接原理图，另一个方向数码管连接原理图与之大体相仿。东西方向数码管连接原理图，如图2-11所示。图2-11东西方向数码管连接原理图2.3.4 按键部分每个按键都接一个上拉电阻，几乎每个单片机I/O口都接了上拉电阻以达到增强输出电流的作用和防止干扰增强电路稳定性作用。由于单片机的内部结构P0端口无上拉电阻，所以与P0端口连接的独立按键上不接上拉电阻，与按键连接的部分就不会正常工作从而导致整个系统的停止工作或错误的工作。具体连接方法就是在输出端口接一个10K左右的电阻5，电阻的另一端接电源。按键实际连接图，如图2-12所示。图2-12 按键实际连接2.3.5 晶振电路晶振电路是为单片机提供时钟的，每个机器周期包含6个状态周期，每个状态持续2个振荡周期，所以每个机器周期持续12个振荡周期。本设计选用12MHZ的晶振，所以每个机器周期为1us。晶振电路为典型电路6其具体连接图，如图2-1