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1、目 录摘 要IIIAbstractIV第1章 绪论11.1 设计研究背景及意义11.2 国内外交通灯研究的发展概况11.3 课题设计内容3第2章 设计基础42.1方案论证42.1.1 控制模块选择方案42.1.2 显示模块选择方案42.1.3 输入模块方案选择52.1.4 电源模块方案选择52.1.5 设计要求52.2 单片机概述62.3 主控制器AT89S5262.3.1 P3口第二功能表72.4 单片机最小系统72.4.1 电源电路82.4.2 时钟电路82.4.3 复位电路92.4.4 EA/VP引脚92.5 数码管102.5.1 工作原理102.5.2 驱动方式11第3章 系统硬件设计
2、143.1 总体设计及功能描述153.2系统整体电路153.3 系统各组成部分163.3.1 主控制器AT89S52163.3.2 显示元件173.3.3 ISP接口173.3.4 LED模拟灯组173.4 电路板设计183.4.1 PROTEL简介183.4.2 电路板设计19第4章 软件系统设计204.1 编程软件Keil简介204.1.1 软件主流程图设计204.1.2 紧急状态子程序214.1.3夜间状态子程序224.2 计数器初值设置224.2.1 倒计时显示的理论分析234.3 外部中断23第5章 软件仿真255.1 PROTEUS简介255.2 仿真结果25第6章 软硬件调试27
3、第7章 结论与展望28参考文献29致 谢30附 录31附录1 原理图31附录2 PCB图32附录3 实物图33附录4 程序34附录5 外文文献翻译41附录6 设计任务书50附录7开题报告52摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，不断的改变着人们的生活，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但是仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及与针对具体应用对象的软件结合，加以完善，这样才能够给人们带来更有价值的应用。经济的发展使车辆越来越普遍，因此，人、车的通行秩序的维持，就要依靠交通信号灯的自动指挥系
4、统。交通信号灯控制方式有很多。交通灯控制系统通常要实现自动控制，本系统采用MCS-51系列单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，以共阳极双位数码管显示倒计时间，实现了能根据实际车流量设置红绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩2秒时绿灯闪烁示警（交通灯位选通过P1口输出，显示时间通过P2口输出至双位数码管）,另外，可以通过按键分别实现紧急模式和夜间模式以达到智能和节能的效果。系统整体电路包括单片机最小系统、交通信号灯模块和显示电路模块，将以上模块综合连接起来，以实现整体系统功能。软件部分则采用KEIL C语言编程，使单片机的中断和计时功能，用以实现所设想功能。本系统设计周期短
5、、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。 关键词：单片机；交通灯 ；数码管AbstractIn recent years, with the rapid development of technology, SCM applications are deepening constantly changing peoples lives, while detection technology is increasingly driven by traditional control updates.In the real-time detection and automatic c
6、ontrol of microcomputer application system, the micro-controller is often used as a core component, but only SCM knowledge is not enough, we should based on the specific hardware architecture, as well as application-specific objects and combine software, to be perfect, so as to be able to bring more
7、 valuable applications.The developments of the science and the technology make it possible to own cars for people. Therefore, to make sure the passage of people and cars in a perfect order, the traffic lights on the automatic control system is needed. There are many ways to control the traffic light
8、s. Traffic light control systems typically achieve automatic control,the system uses the MCS-51series single-chip AT89S52 as the center device designed to control the traffic lights,with common anode dual digital display countdown to achieve the set according to the actual traffic green light to kin
9、dle a function of time ; lighting the red-light and green-light by turn and lighting the yellow-light to warm while 2 seconds left(outputting the traffic light signal by P1,outputting the time by P2 and showing the time on double-digits nixie tube).In addition, the emergency mode and night mode can
10、be achieved through the buttons to achieve intelligent and energy saving effect. The whole circuits include the smallest single chip systems, traffic lights module and display module. Integrate circuit module above in order to achieve the overall system function. In this design, software part uses t
11、he LEIL C language programming, and uses interrupt and time function to facilitate the imagine function convenient. Short of the design cycle, high reliability, practical, simple operation, easy maintenance, the expansion of powerful is this system.Key words: SCM; traffic light；nixie tube第1章 绪论1.1 设
12、计研究背景及意义交通灯是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。城市道路增长的有限与车辆增加的无限这一对矛盾事故是导致城市交通拥挤的根本原因。城市街道网络上的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。自从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际发展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。 可以肯定的说，对于减轻交通拥塞及其副作用特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影响是很
13、多交通控制策略根本不能实现。在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值。把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展。从长远来看，该研究具有巨大的现实意义。1
14、.2 国内外交通灯研究的发展概况随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问
15、题的好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，可以使道路畅通，提高交通效率。合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在
16、一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通信号的智能控制，达到优化路口交通流的目的。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯
17、由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含
18、义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。我国经济发展使得机动车辆发展迅速，而城镇道路建设相对滞后。道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。如何利用当今自动控制技术，有效的疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆通行速度，减少交通事故是我们值得研究的课题。 交通灯起着一个重要的角色，是交通管理部门管理交
19、通的重要工具。国内的交通灯一般都设在十字路口，在醒目位置使用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来提示行车。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉口的停车线后停车。绿灯是通行信号，黄灯是警告型号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以通行。事实证明，智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力，减少交通事故；智能的交通灯能为人们节省大量出行时间；智能的交通灯为交通顺畅提供了保障，对经济的发展起着一定不可估量的作用。1.3 课题设计内容本次设计的课题是智能交通灯控制系统的设计，采用的控制芯片是AT89S52，交通型号灯控制系统除了具有一般的红绿灯显
20、示功能外，还具有倒计时功能、夜间模式、紧急模式等功能，用PROTEL DXP实现电路原理图和PCB电路图的绘制，用KEIL C语言编程,并通过PROTEUS进行仿真。实现智能交通灯的整体控制功能。第2章 设计基础2.1方案论证目前设计交通灯的方案有很多，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计,有应用单片机实现对交通信号灯设计。由于AT89S52单片机自带有2计数器，6个中断源，且其I/O口作为输出时，具有较大的吸收电流能力，可直接驱动数码管，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯。2.1.1 控制模块选择方案方案一
21、：由计数器74LS161级联组成，配合译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成交通灯系统，整个系统简单，控制简单，调试容易等优点。 方案二：采用AT公司的单片机AT89s52作为控制器。单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。它是MCS-51系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，使用时容易掌握；采用AT89s52单片机稳定可靠、应用广泛、通用性强，在系统/在应用可编程。方案比较：采用方案一来实现十字路口交通灯控制系统非常方便，电路结构简单，控制单一，但整个系统性能不是很高，倒计时不是非常精确，如果要求系统能设置不同工作时间不容易，因而对于完成题目较困难
22、，而方案二完全能实现设计要求，容易掌握，利用编程，易控制，I/O接口很多，易于扩展外围电路，价格便宜，故选择方案二。2.1.2 显示模块选择方案该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，考虑了三种方案。方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。方案二：完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。方案三：用七段LED数码管完成倒计时显示，用LED灯作为状态灯指示功能。方案比较：方案一和方案二都不符合设计要求，实现较复杂，而方案三采用数码管与LED灯相结合的方法,因为设计既
23、要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，选择方案三。2.1.3 输入模块方案选择方案一：采用8155扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二： 直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用两个按键，分别是K1、K2。 由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及R
24、AM已经够用，故选择方案二。2.1.4 电源模块方案选择方案一：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高，不能驱动数码管。方案二：采用独立的稳压电源，采用USB供电为整个系统供电，它具有多路电源输出，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，方案比较：方案一只采用单片机自身的I/O来驱动数码管显示是不行的，而方案二虽然要给各模块供电，但却能给各模块提供稳定可靠的电压从而达到显示明亮的程度。故选择第二种方案。2.1.5 设计要求东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红绿黄指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮
25、禁止通行，绿灯亮允许通行。设东西、南北的车流量相同。(1) 把设计任务细化为四个状态，其对应状态如表2.1：表2.1 通行状态表东西干道南北干道30秒红灯27秒绿灯3秒黄灯27秒绿灯30秒红灯3秒黄灯(2) 可以设置通行时间，用以调节车流量大小时的通行时间。(3) 实现南北东西方向都禁止通行。(4) 实现夜间模式（四个方向只显示黄灯）以减小耗电量。2.2 单片机概述单片机(单片微型计算机)作为微型计算机的一个重要分支，自问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，因此广泛应用，发展迅速。相对而言，单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境的要求不高，并且价格低廉、可靠性高、灵活性高。在我
26、国，单片机已经广泛的应用于智能仪器仪表、自动检查、家用电器和数据处理等各个方面。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过三代的发展，目前正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚在多功能化，而且低电压低功耗。C系列与S系列的区别：（1）S系列相对C系列性能有了较大提升，价格基本不变，甚至更低；（2）S系列最具特色的一点具有ISP在线编程功能，此功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是
27、一个强大易用的功能。（3）S系列较C系列有更高的工作频率，从而具备了更高的计算速度，例如：89C51的极限工作频率是24MHz，但89S51的是33MHz；（4）S系列具有双工UART串行通道；（5）S系列内部集成看门狗计时器，不在需要C系列那样外接的看门狗计时器电路单元；（6）S系列具备双数据指示器；（7）S系列电源关闭标识；（8）S系列具有全新的加密算法，程序的保密性大大加强，这样可有效的保护知识产权不被侵犯。2.3 主控制器AT89S52AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程AT89S52引脚图 DIP封装Flash存储器。使用Atmel 公司
28、高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52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。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 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
29、，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。2.3.1 P3口第二功能表表2.2 P3口第二功能引 脚第 二 功 能P3.0RXD: 串行口接收数据输入端P3.1TXD: 串行口发送数据输出端P3.2INT0: 外部中断0输入端P3.3INT1: 外部中断1输入端P3.4T0: 外部计数0脉冲输入端P3.5T1: 外部计数1脉冲输入端P3.6WR: 写外设控制信号输出端P3.7RD: 读外设控制信号输出端2.4 单片机最小系统要使单片机工作起来，最基本的电路构成为图2.1。图2.1 AT8
30、9S52最小工作系统2.4.1 电源电路AT89S52单片机的工作电压都范围：4.0V5.5V， 所以通常给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC(40脚）：接电源+5V端GND(20脚）：接电源地端。图2.2 电源电路本设计方案采用通过USB外接5V直流电源，给单片机及其它电路供电电源电路如图2.2。2.4.2 时钟电路单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度：晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的要求也高（线间寄生电容要小）。时钟电
31、路通常外接一个晶振、两个电容。晶振AT89S52单片机时钟频率范围：0 33MHz。电容为1545pF，本设计中使用30pF电容，11.0592晶振。时钟电路连接方式如2.3。XTAL1，XTAL2为片内震荡电路输入/输出端。在焊接电路板时，晶振和电容应尽可能的靠近单片机芯片，以减少寄生电容，更好的保证电路稳定可靠的工作。 图2.3 时钟电路2.4.3 复位电路RESET为复位端（正脉冲有效，宽度）10ms），RST引脚持续2个周期高电平将使单片机复位。复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H。确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。复位后P0P3口均置1，引脚表
32、现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。VCC接通电源后，VCC便对电容通过电阻进行充电。在充电过程中，随着电容电压逐步趋近于VCC，RST脚上的电压最终接近于0，过度过程的长短取决于电阻电容的大小。22uF电容满足使RST电压在启动后有两个周期(2us)以上的时间高于斯密特触发器最低门槛电压，使整个过程得以完成。图2.4 复位电路除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于“死锁”状态时为摆脱困境，也需通过复位操作，重新启动。系统采用上电复位与手动复位方式进行复位。如图2.4所示。2.4.4 EA/VP引脚 如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内
33、部程序存储器的指令。EA/Vpp: 寻址外部ROM控制端/编程电源输入端。低电平有效，当单片机内有ROM时应当接高电平，片内无ROM时必须接地。本设计用AT89S52单片机，片内有 8K字节程序存储器ROM，所以EA引脚必须接高电平。或者悬空引脚，单片机默认为1。2.5 数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管（Light Emitting Diode）。它既可以工作在恒定电流状态，又可以工作在脉冲电流状态。在平均电流相同的情况下，脉冲工作状态可产生比直流工作状态较强的亮度。LED显示器每段正常发光需直流电流1020mA。LED数码管属于电流控制型器件，发光亮度与正向电流成正比
34、，每个字段的工作电流约为10mA左右。其优点是工作电压较低、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高、不会损坏器件。2.5.1 工作原理数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）。按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳极数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。图2.5 共阳极LED数
35、码管共阴极数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴极数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。在实际应用中，除公共极外，其他各极应串接一个电阻后在接到相应电平。电阻的作用是限制流过LED中的电流，以保证在发光时二极管不因电流过大而被烧毁。 图2.6 共阴极LED数码管本设计选用的数码管为0.36寸两位动态高亮红色 SMG型号的双位共阳极数码管，其内部电路引脚图如图2.7所示。图2.7 数码内部电路图2.5.2 驱动方式由于LED是电流发光器件，加到LED显
36、示器上的段码首先应通过驱动电路，产生驱动LED显示器发光所需要的驱动电流，从而显示出我们想要的数字。驱动电路可以由三极管组成，也可以是其它具有驱动能力的集成电路，如MC1413、74LS244等。另一种驱动方法是采用专用芯片，例如7447、7448、4511、MAX7219（专用的带驱动器的LED译码器）可以实现对BCD码的译码，但不能对大于9的BCD码进行译码。根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。(1) 静态显示驱动静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。LED静态驱动电路如
37、图2.8所示。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，显示稳定，单片机花在显示上的时间少；缺点是占用I/O端口多，扩展显示用I/O口会使硬件成本增加。如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个AT89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。因此，静态驱动只适合于显示位数较少的场合。图2.8 LED静态驱动电路(2) 动态显示驱动图2.9 LED动态驱动电路在显示位数较多时，为了简化电路，降低成本，通常采用动态扫描显示方式。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显
38、示笔划a、b、c、d、e、f、g、dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。LED动态驱动电路如图2.9所示。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但
39、只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。缺点是显示器亮度不如静态显示方式，软件不断扫描显示器要占用单片机较多的时间。考虑到I/O端口和本次设计的具体操作采用动态显示驱动。第3章 系统硬件设计硬件设计是整个系统的基础，硬件原理图如图3.1所示：图3.1 硬件原理图3.1 总体设计及功能描述本设计以单片机AT89S52为控制核心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块：单片机控制系统、按键控制系统、通行指示和倒计时模块等。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它
40、由单片机、时钟电路、复位电路等组成。通行方向指示采用红、绿、黄LED发光管，用三种颜色指示车辆放行、暂停、禁止，形象直观。按键采用两只触发按键组成，电路简洁可靠；通过按键可设置：紧急情况发生时的交通灯状态控制和节能的夜间模式。系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。3.2系统整体电路图3.2 交通灯设计基本框图（1）AT89S52单片机作为系统核心器件，通过各个I/O口控制和驱动整个系统；（2）P0口的第一到第四引脚控制数码管的位选，然后经过三极管输出高电平传输到双位共阳数码管进行选通，P2口的第一到第七引脚用于控制数码管的片选。（3）P1口的六个引脚分别控制六个表示红绿黄信号灯的L
41、ED二极管的亮与灭；（4）根据十字路口车流量的大小调节车辆通行的时间。（5）设置紧急按键用以处理紧急情况。通过外部中断1实现，P3.3用于检测相应信号。（6）设置夜间模式按键，从节省能源的角度考虑。通过外部中断1实现，P3.2用于检测其信号。3.3 系统各组成部分3.3.1 主控制器AT89S52AT89S52为8 位的 CPU，有40个引脚32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为033MHz片内有 256字节 数据存储器 RAM片内有 8K字节 程序存储器 ROM4个8位 的并行I/O
42、口（P0、P1、P2、P3）1个 全双工串行通讯口3个16位 定时器/计数器（T0、T1、T2）可处理 6个中断源，两级中断优先级AT89S52可按照常规方法进行编程，亦可在线编程。其将通用微处理器及FLASH存储器结合，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效降低开发成本。其引脚如图3.3：图3.3 AT89S52单片机引脚图3.3.2 显示元件 在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，同理，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位
43、，南北方向两位，两位数码管可以显示的时间范围为0-99秒完全可以满足系统的要求。 从节省硬件资源的角度考虑，数码管显示使用动态扫描方式来处理。3.3.3 ISP接口ISP就是在线编程，以往单片机下载程序都需要专门的烧写器，并且需要把单片机从电路板上拔下来烧写，烧好再插上，很麻烦。ISP功能可以通过非常简单廉价的下载线直接在电路板上给单片机下载程序，当对电路进行调试时由于程序的错误或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对单片机多次拔插，所以不会对芯片造成损坏省去很多麻烦。 图3.4 ATMEL指定的ISP_10PIN标准接口及其接线方式3.3.4 LED模拟灯组 采用红、绿、黄发光二极管实时模
44、拟控制的路口交通灯，如图3.5所示。图3.5 LED模拟灯组 每个路口的信号的的转换顺序为：绿黄红。绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯显示的后有2秒闪烁时间，因为研究表明闪烁的灯更能引起人的注意力，提示行人交通灯正在变化，这样更能减少交通事故和确保人们的安全。3.4 电路板设计3.4.1 PROTEL简介ROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业
45、还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到DXP 2004，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可
46、编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。ROTEL设计系统是世界上第一套将EDA环境引入windows环境的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，一向以其高度的集成性和扩展性著称于世。PROTEL DXP是一款基于windowsXP/NT/2000的全32位的电子设计系统。它主要由5大部分组成，分别为原理图设计，原理图仿真、印刷电路板（PCB）设计、层次原理图设计
47、、报表制作、电路仿真等功能，是电子工程师进行电子设计的最有效软件之一。原理图设计系统和印刷电路板的设计系统是PROTEL DXP的主要组成部分。原理图设计系统包括原理图设计（*.schdoc）原理图原件库的设计（*.schlib），印刷电路板的设计系统包括印刷电路板图的设计（*.pcbdoc）和原件封装库的设计(*.pcblib)3.4.2 电路板设计利用PROTEL设计PCB电路板大体一共分为六步（1）制作原理图符号库。（2）制作电路原理图。电路原理图设计主要是PROTEL的原理图设计系统来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用PROTEL所提供的各种原理图绘制工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。（3）生成网路表文件。网络表是电路原理图设计与印制电路板设计之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。网络表一般从电路原理图中获得。（4）规划电路板，导入网络表。（5）元器件手动布局。（6）电路板布线，覆铜。图3.6 PCB图第4章 软件系统设计4.1 编程软件Keil简介Kei
