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1、-毕业设计（论文）-智能化交通灯控制系统设计-第 24 页郑州轻工业学院本科毕业设计（论文）目 录中文摘要英文摘要II1 绪 论11.1 选题背景11.2 选题的现实与研究意义21.3 国内外研究现状及其发展31.3.1 国内外交通控制技术31.3.2 交通控制存在的问题51.4 单片机概述62 交通信号灯控制系统的设计72.1 十字路口交通信号灯具体的控制要求72.2 十字路口交通信号灯示意图82.3 方案的设计与论证92.3.1 电源提供方案92.3.2 显示界面方案102.3.3 输入方案103 系统硬件设计113.1 总体设计113.2 单片机的选择113.3 单片机的基本结构133.
2、4 单片机外围电路设计143.4.1 复位电路设计143.4.2 外部晶振时钟电路设计153.4.3 显示模块电路设计164 交通信号灯控制系统程序编制174.1 软件设计应用环境174.2 软件设计流程184.3 交通灯定时器模块194.4 交通灯显示模块194.5 软件测试215 绘制PCB、实物制作与调试225.1 利用Altium Designer 6.9绘制原理图225.2 硬件电路板的制作225.3 实物的安装225.4 实物的调试23结论24致 谢25参考文献26附录128附录230智能化交通灯控制系统设计摘 要由于城市建设的不断需要，现在越来越多的信号灯电路正朝着数字化、小功率
3、、各种系列化、多值化趋势前进，也朝着便于人、车、路三者关系的协调发展趋势前进。利用这种信号灯电路进行交通管理，使交通得到了很好的管制，大大提高了交通通行能力，也明显减少了交通事故。在本系统中，我们采用的单片机是STC89C52，在整个硬件系统中单片机作为系统的核心部件，是由单片机震荡电路还有复位电路等组成，它作为控制器既能让整个系统工作协调工作，还可以用来处理数据。然后采用模块化进行设计，有单片机控制系统模块、键盘模块、状态显示模块以及倒计时模块等。本系统最大显示的数字是99，是采用两个数码管倒计时计数功能，采用倒计时显示可以清楚的提示路人需要等待的时间，最大的亮点在于拥有友好的人机界面、控制
4、方式比较灵活以及优化的物理结构。总之，本系统在实际应用中非常有效、扩展方面功能强、操作起来较简单。 关键词 STC89C52单片机/交通灯/倒计时/时间显示Design Of Intelligent Traffic Light Control SystemAbstractBecause of the constant need of city construction, more and more signal lamp circuits are moving towards the trend of digitalization, low power. All kinds of series
5、 and multi value are moving in the direction of the coordination of the relationship between people, vehicles, road three. By using the signal lamp circuit for traffic management, the traffic is well controlled, which greatly improves the traffic capacity, and obviously reduces the traffic accidents
6、. In this system, we adopt the single chip microcomputer is STC89C52. In the whole hardware system micro controller as a core component of the system is by the MCU shock circuit and reset circuit composition, it as the controller can make the whole system for the coordination of work, can be also us
7、ed for processing data. Then use the modular design, there are single-chip microcomputer control system module, the keyboard module, the status display module and the countdown module, etc. The maximum display of the system is 99, is the use of two digital tube countdown counting function. The count
8、down display can clearly indicate that passers-by need to wait for the time, the biggest bright spot is to have a friendly man-machine interface, the control method is more flexible and optimize the physical structure.In short, the system is very effective in the practical application, the expansion
9、 of the function is strong, easy to operate.KEY WORDS STC89C52 microcontroller, Traffic lights, The countdown, Time display1 绪 论1.1 选题背景 在现代城市建设过程中，交通灯对人类道路交通管理中始终显得极其重要，我国人口众多，随着生活水平的提高及人们生活各方面的需求，导致汽车需求量越来越大，因此汽车工业的发展处于快速增长阶段1。所以也正是因为这些原因想通过限制车辆的增加根本解决不了问题。假如想要采取增加更多的供给和渠道，也就是修建更多道路基础设施这种方式，肯定也是行不
10、通的。因为要考虑到我们生活的环境与现有的资源之间突出的矛盾，大自然有限的资源跟物质财力以及环境的的承受能力都将受到严重的限制。综合分析排除以上限制需求和增加道路设施两种方法之外，我们只能依靠其他方法来满足现实状况的交通需求。 随着特设社会主义的建设，我国的经济水平与城市现代化的发展水平越来越高，这也就导致交通的需求与交通量快速增长。在城市中交通拥挤随处可见，不仅导致交通网络严重拥挤，而且道路带来的一些不好的效应也愈来愈多，包括交通拥堵、交通事故频发以及环境严重污染等等。这些问题不能小觑，不仅会成为我国的经济与社会发展中的共同问题也是全球都应该重视的共同问题。愈来愈频发的交通事故、愈来愈拥挤的交
11、通状况、愈来愈严重的环境污染，让世界都因为交通问题而犯愁。为了解决这个问题，常用的还是限制需求与增加道路设施这两种方法，这两个方法都有局限性，都满足不了现实的交通需求。 本系统刚好是解除这个矛盾的方法之一。本交通系统非常适用于现在的交通需求，整个地面的交通管理系统是将很多先进的电子与计算机技术有效集成运用而成。这种综合交通管理系统是一种能够在很大区域内，并且可以全方位发挥自己作用的系统，因此这种系统具有及时、准确、非常有效等特点。在对城市交通管理方面可以对城市交通用智能方式进行控制管理，这样一来，道路自然会比以前畅通的多，整个交通通行能力及效率大大提高。在现实交通管理中，要对交通灯进行有效的引
12、导并且要合理控制交通灯的调度，让交通最好保持在一个比较稳定的运行状态，这样就不会碰见有那么多交通拥挤的状况。总之，这种交通管理系统非常适应得了日益增长的交通需求。在环境方面，降低了环境污染程度，节约了能源消耗；在安全方面，交通通行能力得到了大幅度的提高，交通事故比以前大大减少，提高了城市交通安全。在本文中就是利用智能控制对十字路口交通灯进行管理，以达到优化交通的目的。1.2 选题的现实与研究意义先是有了城市交通信号控制技术，接着城市道路交通自动控制系统也发展起来了，而自动控制系统与汽车工业是一起发展起来的。但是，在这个过程中，每个发展阶段因为交通问题产生的各种矛盾，使人们把各个阶段最新创造的科
13、技成果应用到让他们头疼的问题当中去交通自动控制。也正是因为如此，交通自动控制技术在这种原因驱使下得到不断发展。从开始发展到现在将近几百年的时间，交通信号灯经历了从原来繁琐的手动到现在简易的自动；以前交通信号灯控制的显示时间一直不变，称为固定配时，到现在交通灯控制的时间可以自行设置，叫做灵活配时；从原来的没有任何感应控制到现在的不再死板的可以有感应控制；从原来的定点单点控制到现在的主干线进行控制。从只能实地小范围控制到现在可以用网络进行长远控制的过程。 当初人们研究交通控制问题的时候，目的是为了解决日益增长的交通需求同现实的矛盾的问题。这种矛盾就是现实生活中道路建设是受到限制的，但是交通工具增长
14、的却愈来愈快。为使更多的现代交通工具可以安全有效的利用相应有限的道路资源，不再出现因为没有秩序的抢行抢过等原因而造成很多没有必要的交通堵塞甚至瘫痪等现象。还有，针对现实情况对交通管理进行合理的调整也是十分有必要的。交通网络的状况关乎着整个现代化城市的建设，在现代化城市中占据着重要地位，交通网络如何代表了一个城市如何，代表了一个城市的工业文明水平如何。交通关系着我们每一个人，关系着我们人身财产，时间和安全各方面的利益。因此一个具有优化交通建设的控制技术对环境资源以及人们出行安全等的价值是不容小觑的。只有先保证有不堵塞，不拥挤的交通线路，才能保证让自己顺畅出行，节约时间，物流按时到位，甚至可以延伸
15、生命的通道。 现今，城市建设一直在进行中，规模也越来越大，因此，这就提高了人们对城市交通灯的要求，我们要牢记必须结合实际城市交通需要，努力朝着这个需要去不断创新，要全方面去了解交通信号灯，这样我们才能取得更好的发展，这样看来，研究交通信号灯真的是十分重要。1.3 国内外研究现状及其发展1.3.1 国内外交通控制技术 现在我们最常见的就是在十字路口前方的红绿灯，这些红绿灯都被安在十字路口每个方向的正前方，这是每个人都常见也是比较有效果的疏通管理交通车辆的手段，不过在19世纪时这种交通控制技术已经出现了。对于交通灯的发展，起源于1858年的时候，在那个时候，世界上最早出现的交通信号灯，是用手手动扳
16、的机械式信号灯，这最早的信号灯是出现在英国首都伦敦城市里主要大街的街口，它是靠燃煤气取得光源作为红蓝两种颜色来指挥大街上的马车通行。接着在1868年的时候，在英国有位很厉害的机械工程师名字叫纳伊特，他在交通灯发展上创造了一个新的高度，那就是在伦敦一个区的广场上，安装了另一个具有创造性的交通灯，那就是煤气红绿灯，它的创意表现在它的颜色是红绿以旋转式方形的玻璃提灯组成，当然在那个时候，红色跟绿色代表的意义不同，前者是停止，后者是注意。在1869年，有个特殊的日子是1月2号，因为在这一天，一直值得骄傲的煤气灯成果却意外爆炸，结果让无辜的人受到伤害，于是这种交通灯不再使用。 煤气交通灯结束了，电气控制
17、的红绿灯出现了，这次是发生在美国，这种交通信号灯比之前有了更大进步，它这种灯也是由三种颜色红黄绿，是利用这三种颜色圆形的投光器组成。在1914年在纽约市某大街的一座高塔上，这种交通信号灯开始投入使用。这个时候红灯代表了停止的意思，而绿灯代表的含义与现在相同，是通行的意思。而在1918年，交通灯发展的越来越快，又出现了带控制的交通信号灯，还有更让人惊奇的红外线红绿灯。这两种功能的红绿灯指挥原理不同，但是都能达到一定的效果，那就是交通事故降低了很多。由于每个社会发展阶段的需要，技术的发展越来越快。城市交通信号灯也经历了一段很长的发展历史，它从1868年英国伦敦第一次使用的燃气色灯信号由人力手动到自
18、动控制，交通信号周期固定不变到可以自行改变周期，系统控制方式有点控到面控。之后到了1963年，加拿大多伦多市又建立了一套新的交通控制信号系统，这个事件又将城市道路交通控制系统推入了一个新的发展阶段。现每个时期每种典型的交通信号控制系统特征如上表1-1所示。在这些发展之后，还有许多国家像美国、日本、还有德国等都先后建立了自己的数字化交通控制系统，这种系统比以往的还多配备了监视系统。总 表1-1 交通信号系统发展状况简称时间国别城市名称控制路口数信号周期检测器控制方式点控1868英国伦敦燃气色灯单/1914美国克利夫兰电力色灯单/1926英国各城市单点定周期自动信号机单定/自动1928美国各城市感
19、应式自动信号机单定气压式自动线控1917美国盐湖城手控干道协调系统6个定/人工线控1922美国休斯顿电子计时干道协调系统12个定/电动1928美国各城市步进式定时干道协调系统多个（线）变/电动面控1952美国丹佛市模拟计算机交通信号控制系统多个（网）变气压式计算机1963加拿大多伦多数字计算机集中协调感应控制信号系统多个（网）变电磁式计算机结起来到80年代初，全世界各个国家一共有300多个城市，它们都建立了建立了交通管制中心，这个趋势代表了未来交通控制的发展方向。 对于目前，在大城市里因为越来越多的机动车辆的增加，交通通行出现了拥堵问题，满足不了现状了。所以在80年代后期开始，为了缓解这种现状
20、，很多城市想到了修建高速道路的方法，当然，毕竟多了一些道路基础设施通道，交通状况确实比以前有所好转，可是，交通工具真的是增长的太快了，再者，人们对这些高速道路没有真的做出系统上的研究与控制，因此很多城市修建的高速道路并没有我们想象的那样完全解决交通存在的问题。仔细想想，在构造上，城市修建的高速道路都有一个相同的特点，那就是城市高速道路的通行情况，不仅仅是被高速道路车辆多少等因素影响着，更主要的是高速道路与和它相交界处普通交通的交通状况所影响。故而，城市高速道路是修建好了，可是真的要充分利用好高速道路去缓解并解决现实交通问题，必须要寻找合适的控制方法，这才是交通运输管理部门和城市规划部门真正要面
21、对的问题。 1.3.2交通控制存在的问题我国在城市建设与管理方面存在很多问题，在交通运输方面存在的问题，其他国家有很多有用先进的经验可以借鉴给我国2。在这些经验中，学到了要想建设和管理好城市交通运输我们就必须重视建立相适应的交通管理体制，一定要加强城市交通的规划，对于交通基础设施建设一定要建立起更加稳定的资金来源，在城市里，为了交通不那么拥挤为了环境保护一定要实行公交优先通行的良好制度，再建立先进的交通信息系统等好的方法 。随着城市的发展，各种机动车辆随着人们的需求也不断增加，增加速度非常快。在这种情况下，到了20世纪90年代的时候，我国像北京，上海这样的大城市城市道路密度却比不上其他国家，像
22、日本东京的城市道路密度达到了13.8%，法国巴黎达到了25%，最近这些年，我国虽然在大城市道路建设方面投入可不少人力财力，可是车辆增长的速度太快了，根本追不上，而且与世界上其他的国家相比，我国差的太多仍需要努力。 除了以上所说的，实际交通管理中，其他类型的车辆像出租车还有城市公交车，它们的实际情况也不是让人很满意，即使车多了，路线也比较长了，可是速度却限制了效率，不免让人感叹。 还有一点，那就是在城市发展过程中，虽然交通需求越来越大，但是我国的交通管理方面还不是太好，尤其是城市里对一些小交通管理还有关系到现代交通安全设施方面做的很不好，而且，我国交通管理控制系统技术与发达国家相比确实还存在很大
23、的差距3。最近这几年，即使我国部分城市引进参考了国外是如何对交通进行管理的，可是由于交通管理设施有待完善，导致交通事故在我国还是很常见。很多城市虽然交通运量每年都会有很大增长，但是城市里的车辆通行速度却慢的很，所以导致运输速度普遍降低，这都是因为交通通行不顺畅。1.4 单片机概述单片机在现代社会中发展的越来越快，被广泛应用到各个领域，单片机微型计算机是我们现在普遍应用的微型计算机的一个重要部分，也是很有代表性很有生命力的一个新机种。单片机也就是单片机微型计算机，在控制领域方面，单片机在现代社会中应用十分广泛，所以又被称为微控制器4。 我们都知道集成电路芯片，一般情况下，单片机就是由单块的这样的
24、集成电路芯片构成，同时，一般计算机有什么基本功能部件，单片机内部也有，像数据存储器、程序存储器、CPU和输入/输出接口电路等5。所以，单片机想要成为一个完整的控制系统，只需要配与相应的软件还有一些外部设备等相结合就可以。 单片机经过一代又一代的发展，呈现几大趋势，该趋势如下表1-2所示。 表1-2 单片机发展趋势趋势可靠性及应用性水平越来越高和联网链接已是一种很明显走向所集成的部件越来越多功耗越来越低和模拟电路结合越来越多 由于社会各方面发展的需要，各种工艺技术还有系统设计技术方面的发展水平越来越高，因此单片机肯定会有更大的变化与发展，不过人们通过这些最后会发现：单片机与我们常用的危机系统之间
25、的差距愈来愈小，到最后很难再被分辨出来。2 交通信号灯控制系统的设计由红、黄、绿三种颜色的灯组成的交通信号灯是我们常见的交通灯，其中红色信号灯是代表禁止车辆通行的灯，绿色信号灯是代表允许车辆通行的灯，而黄色信号灯是代表警示车辆的灯，当黄色信号灯亮起的时候，如果车辆已经越过停止线那就继续通行，如果车辆有没有越过停止线的不要再行驶，因为马上就要变成红灯，利用黄灯亮的时间对于车辆通行有一个缓冲，避免转换成红灯时出现交通事故现象。交通信号灯分为很多种，有专门控制机动车通行的信号灯，也有控制非机动车辆通行与人行横道的信号灯，有专门的控制车道的交通信号灯，也有专门指示方向的信号灯，还有一些特殊的信号灯：通
26、过闪光警示车辆的信号灯、铁路与道路交叉口的信号灯。这些交通灯，都用在各种道路上的交叉口，当很多人或者车辆同时到达同一个路口时，交通信号灯通过设置好的系统对行人或者车辆有规律的发出通行或者停止的指令，让这些等待的人或车辆尽可能减少相互干扰有秩序的通行。这样一来，不仅提高了交叉口交通的通行能力，也减少了交通事故的发生，更让人们的安全出行得到了保障。因此，对于十字路口主干道的交通控制系统一定要进行合理设计。 2.1 十字路口交通信号灯具体的控制要求(1) 在十字路口，通常只有东西和南北两个方向的道路通行车辆，在这四个方向都安装的有交通信号灯，每个路口都有红、黄、绿三个信号灯。为了保证东西南北方向车辆
27、顺畅通行，东西与南北方向绿灯不能同一时间亮起，如果同一时间亮起，那系统是出现了问题这时立即自动关闭，同时报警系统报警。在正常情况下，系统正常工作时，南北红色信号灯持续亮起30秒的时间，而东西方向的绿色信号灯亮起25秒，当25秒结束的时候，东西方向黄色信号灯接着亮起并持续5秒的时间，黄灯亮起5秒后熄灭，东西方向红色信号灯开始亮起，南北方向30秒红灯结束后绿色信号灯开始亮起，同样，东西方向红色信号灯也是亮起30秒，南北方向绿色信号灯亮起25秒，绿灯信号灯25秒结束后，黄色信号灯亮，并连续亮5秒，5秒结束后南北方向红色信号灯继续亮起，同样，东西方向红色信号灯熄灭后绿色信号灯开始亮起。如此一个循环，构
28、成了十字路口交通信号灯指示系统 。如下表2-1所示。 表2-1 交通状态变化表东西南北状态1: 30s状态2: 5s状态3: 30s状态4: 5s 状 态 变 化红红绿黄红红绿黄绿黄红红绿黄红红 (2)当我们在十字路口交通信号灯指示的同时，不仅仅有交通信号灯亮或者闪烁， 而且在每个路口都设有能清楚可见的显示器显示红绿黄灯的倒计时时间，它是由两位七段码组成的。如下图2-1所示。这样路人很清晰明了自己还有多少时间需要等待，也保 证了各个人群在有限的时间内迅速通行。 图2-1 交通灯2.2 十字路口交通信号灯示意图 通常情况下，一共有12个交通信号灯安装在十字路口，每个路口都有一样的红、黄、绿三种颜
29、色的信号灯。具体的分布状况如下图2-2所示。 图2-2 交通灯演示图2.3 方案的设计与论证在这个设计中，整个方案是把单片机作为核心部件来使用，倒计时显示指示是用LED数码管构成，在本系统中，我们根据设计所需要的功能考虑了每个模块不同的设计方案，通过对比各种方案以得到最好的方案，来实现我们想要的各种功能状态，在这个系统中，我们还增加了另外一个功能，那就是可以根据实际的交通状况能够控制设计十字路口主干道和次干道的通行时间，这样一来，不仅可以提高了交通的通行效率，还能有效缓解交通拥挤的问题。该系统总的设计原理框图如下图2-3所示。 由图可以看到该交通控制系统电路主要由电源电路、时钟电路、复位电路、
30、按键电路、数码管显示电路、led灯信号灯控制电路、晶振电路等组成6。 单 片 机电源电路时钟电路 数码管显示电路复位电路Led信号灯控制电路 按键电路图2-3 系统设计总原理框图2.3.1 电源提供方案 为了使系统的各个模块都能稳定工作，必须要依靠可靠的电源，在本次设计中，我们考虑了两种电源设计方案。 第一种方案：选择采用独立的稳压电源，这种方案有自己的优点，那就是稳定可靠，而且还能有很多种成熟电路可以选择使用，但也有缺点，那就是如果系统每个模块都采用这样独立的电源，系统会变得比较复杂，而且可能会影响电路的电平。 第二种方案：选择采用单片机控制的模块来提供电源，这种设计方案的优点是比第一种方案
31、简明扼要，也比较节约成本，但是也有缺点，那就是输出的功率比较低。 综合考虑起来，我们选择第二种方案。 2.3.2 显示界面方案 在本系统中要完成倒计时显示功能，设计出两种可行方案。 第一种方案：可以选择点阵式的led显示方式，这种方案有自己的优点，那就是实现的功能比较强大，不仅可以很容易显示各种英文字符，还可以实现汉字、图形的显示，但是采用这种方案比较麻烦的是必须要完成大量的软件工作。 第二种方案：就是采用数码管显示的方式，该方案有自己的优点，那就是实现起来简单方便，可以完成倒计时的功能。但是也有自己的缺点，那就是能实现的功能比较少，只能显示比较少的符号跟一些数码字符。 综合考虑本设计的要求，
32、我们选择第二种方案，因此在本设计中我们选择方案二的方式来实现显示界面功能。 2.3.3 输入方案设计输入方案时，我们同样考虑了两种设计方案。第一种方案：我们选择采用8155来扩展输入输出口，键盘还有显示等。这种方案有自己的优点，那就是使用起来比较灵活可以进行编程，而且还有RAM以及计数器。但是也有自己缺点，那就是需要提供很多输入输出口，操作起来还是比较麻烦的。第二种方案：可以直接在输入输出口线上接上关键开关，这样的设计可以简化还有优化了电路，因此剩余下来的端口资源还是比较多的。 因为输入系统是控制交通灯还有数码管的，因此我们只需要采用单片机自身的输入输出口就能实现，而且单片机本身的计数器还有数
33、据存储器都已经足够使用，所以我们选择第二种方案。 3 系统硬件设计 硬件的设计是我们设计整个系统最重要的基础，因为要考虑很多方面，我们除了要把交通灯基本的功能实现以外，我们还要考虑以下几个影响因素，第一个我们要考虑系统的稳定度如何，第二我们要考虑系统器件的通用性或者易选购性，第三我们还要考虑软件编程是否容易实现,第四我们要考虑系统其他的功能还有性能指标。由上我们可以了解硬件的设计真的非常重要，以下我们从系统各个功能模块的实现一一来进行分析探讨。 3.1 总体设计 在本设计中控制核心是单片机，然后采用模块化进行设计，所有的功能模块有以下几个：有单片机控制系统模块、键盘模块、状态显示模块以及倒计时
34、模块等7。 在整个硬件系统中单片机作为系统的核心部件，是由单片机震荡电路还有复位电路等组成。它有很多作用，它作为控制器既能让整个系统工作协调工作，还有数据处理的功能。 本系统最大显示的数字是99，是采用两个数码管倒计时计数功能。 本设计最大的亮点在于拥有友好的人机界面、控制方式比较灵活以及优化的物理结构。 3.2 单片机的选择上面介绍了，单片机是由单块的集成电路芯片构成的，计算机有的基本功能部件，单片机内部包含的也有，这些基本部件有：中央处理器、数据存储器和输入输出接口电路等。所以，只需要把单片机和相对应的软件以及外部设备相结合在一起，那么单片机就可以成为一个控制系统8。 现在单片机应用十分广
35、泛，以单片机为核心构成的应用系统有很多优点，如下表3-1所示。表3-1 单片机系统优点优 点嵌入容易，用途广泛功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强简单方便，易于普及发展迅速，前景广阔单片机的应用领域也十分广泛，如下表3-2所示。 表3-2 单片机应用领域单片机应用领域消费类电子产品例如：洗衣机、电冰箱、空调机、电风扇、电视机、微波炉、加湿机、消毒柜等。在这些设备中嵌入了单片机后，其功能和性能大大提高，并实现了智能化、最优化控制各种终端及计算机外部设备计算机网络终端设备（如银行终端）以及计算机外部设备（如打印机、硬盘驱动器、绘图机、传真机、复印机等）商业应用领域用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机
36、、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等工业自动化在工业控制和机电一体化控制系统中，除了采用工控计算机外，很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统智能仪表与集成智能传感器目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统，使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。将单片机和传感器相结合，可以构成新一代的智能传感器现代交通与航空航天领域通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等3.3 单片机的基本结构 STC89C52是8位微控制器，它是由STC公司产生的，具有很多优点：低功耗、高性能。该单片机具有 8K字节
37、系统可编程闪速存储器。STC89C52使用的是经典的MCS-51内核，但又对此做了很多的改进，使得其具有传统51单片机而不具备的功能。在单片机芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程闪速，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9。 STC89C52具有以下主要特性： 1.8K字节程序存储空间； 2.512字节数据存储空间； 3.内带4K字节EEPROM存储空间; 4.可直接使用串口下载 STC89C52具有以下标准功能：8k字节闪速存储器，512字节数据存储器， 32 位输入/输出口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个1
38、6 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。 另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬 件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选10。如下图3-1所示是本次交通灯控制系统所用的单片机 图3-1 单片机实物引脚说明如图下3-2图3-2 STC89C52引脚图3.4 单片机外围电路设计3.4.1 复位电路设计 MCS-5
39、1每次工作以后可以回到原来的状态，是因为有可以让其回到原来状态的输入引脚，那是RST，为其提供了初始化的手段，这样一来，可以根据要求使程序能从指定的地方开始执行，如果在MCS-51的时钟电路工作后，只要复位引脚上出现高电平而且超过两个机器周期都是高电平，这样就可以使其回到原来的状态，因此只要复位引脚一直出现的都是高电平，那么MCS-51就一直重复的进行回到原来的状态的操作，只要这个高电平变成了低电平以后，MCS-51才会从0000H地址执行程序，在本系统中，我们才用的就是进行按键方式可以复位的复位电路11。如下图3-3所示。 图3-3 复位电路3.4.2 外部晶振时钟电路设计 MCS-51具有
40、时钟，它的时钟有两种方式可以产生，利用芯片内部的振荡电路是产生时钟的第一种方式；另外一种产生时钟的方式是外部方式。在本系统中，结合设计需要还有简便易行，我们采用的是第二种方式内部振荡方式，MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入端是引脚XTAL1，输出端是引脚XTAL2，这个放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器12。MCS-51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外接元件，所以实际构成的振荡时钟电路，外接晶振以及电容C1和C2构成了并联谐振电路接在放大器的反馈回路中，对接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低，
41、振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性13。晶振的频率可在1.2MHZ12MHZ之间任选，电容C1和C2的典型值在20pf100pf之间选择，由于本系统用到定时器，为了方便计算，采用了12MHZ的晶振，采用电容选择30pf。如下图3-4所示。图3-4 时钟电路3.4.3 显示模块电路设计该模块由共阳LED数码管组成，利用数码管的动态扫描原理，由三极管进行锁存，当控制数码管的I/O口和P20 和P21为低电平时（及三极管基极为低电平），则三极管导通，VCC通过三极管给数码管供电，则数码管被点亮，利用数码管点亮的余辉和人眼的视觉暂留原理，则看起来数码管是同时被点亮的，如图3-5所示。图3-5
42、显示模块4 交通信号灯控制系统程序编制4.1 软件设计应用环境在本设计中，软件设计的编译是以Keil C51的环境为基础。而Keil C51这款软件开发系统是Keil Software公司出品的，而Keil Software公司是美国的公司，这款开发系统是51系列兼容单片机C语言软件。它的功能是可以提供丰富的库函数以及应用于集成开发方面功能强大的调试工具，真正的全Windows界面14。还有重要的一点，那就是我们只需要看一下编译后生成的汇编代码，就能感觉到由Keil C51生成的目标代码效率是非常高的，很多语句生成的汇编代码也非常紧凑，比较容易理解。高级语言有更多的优势相比在开发大型软件时。C
43、语言特点如下表4-1所示：表4-1 C语言特点特点语言简洁、紧凑、使用方便、灵活运算符丰富，生成目标代码质量高，程序执行效率高数据结构丰富，具有现代化语言的各种数据结构，能用来实现各种复杂的数据结构的运算具有结构化的控制语句，用函数作为程序的模块单位，便于实现程序的模块化语法限制不太严格，程序设计自由度大C语言能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作用C语言写的程序可移植性好，基本上不用修改就能用于各种型号的计算机和各种操作系统 对操作系统和系统实用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用C语言明显地优势于其他高级语言，有的大型应用软件也用C语言来编写。4.2 软件设计流程
44、软件总体设计中我们主要完成的是各部分的软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成的是对系统的初始化，然后发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等待外部中断，以及根据所需要的功能进行相应的操作。如下图4-1所示。设置定时，显示初始化南北绿灯亮，东西红灯亮，延时南北黄灯闪烁，东西红灯亮，延时 南北红灯亮，东西绿灯亮，延时南北红灯亮，东西黄灯闪烁，延时 开 始 图4-1 主程序框图交通灯根据其显示情况可以分为四个状态，可以通过定时来控制每个状态的时间；图4-2 交通灯状态通过定时也可以向LED数码管中每隔1秒送一个数，显示该状态剩余的时间。其流程如图4-2所示。 4.3 交通灯定时器模块STC89C52单
45、片机内部有3个定时器，分别是定时器T0，定时器T1和定时器T2，在本次设计中我们使用的是定时器T0，让T0以方式1的状态工作，它的状态即是16位定时器，可以定时50ms，可以20次中断产生秒信号，通过它的特性可以控制红绿灯的两起时间15。 工作方式寄存器TMOD可以用来设置定时器T0、定时器T1的工作方式。这次实习中设置TMOD=0x01，即T0工作于方式0（16位定时器）。内部定时器/计数器用作定时器时，是对机器周期计数，每个机器周期的长度是12个振荡周期。定时常数的设置可用一下方式计算：机器周期=12/12MHz=1us，（65536-定时常数）*1.0us=50ms, 所以定时常数是50000。4.4 交通灯显示模块该模块由共阳LED数码管组成，利用数码管的动态扫描原理，由三极管进行锁存，当控制数码管的I/O口和P20 和P21为低电平时（及三极管基极为低电平），则三极管导通，VCC通过三极管给数码管供电，则数码管被点亮，利用数码管点亮的余辉和人眼的视觉暂留原理，则看起来数码管是同时被点亮的，/数码管段选定义 0 1 2