十字路口的交通干道為南北和東西兩個方向，各路口均有紅黃綠交通信號燈以及顯示通行/停止倒計時時間的數(shù)碼管。交通燈控制系統(tǒng)的功能如下：

1）信號燈和數(shù)碼管的工作過程為：南北方向紅燈亮20秒（數(shù)碼管從20倒計時），東西方向綠燈亮17秒（數(shù)碼管從17倒計時），接著黃燈閃爍3秒（數(shù)碼管從3倒計時）；在黃燈變?yōu)?秒時，東西方向的紅燈亮30秒（數(shù)碼管從30倒計時），則南北方向綠燈亮27秒（數(shù)碼管從27倒計時），接著黃燈閃爍3秒（數(shù)碼管從3倒計時）；在黃燈為0秒時，南北方向紅燈亮20秒，則東西方向綠燈亮17秒，依次類推。

2）南北和東西方向的通行時間可用按鍵分別調(diào)整（增加或者減少）；

3）根據(jù)實際車流量可以設(shè)置三個不同工作時段，分別為“忙”、“不忙”和“閑”，三個時段的南北和東西方向的交通燈的時間是不一樣的，“忙”的時間大于“不忙”，“不忙”的時間大于“閑”；

4）三個時段通過串口通信設(shè)置，串口通信數(shù)據(jù)格式為兩個字節(jié)，前一個字節(jié)表示地址，后一個字節(jié)表示時段。地址字節(jié)為0x01、0x02、0x03等，分別表示不同小組的地址。時段字節(jié)為：0x00、0x01和0x02，分別表示不同時段，即“閑”、“不忙”和“忙”。例如傳輸數(shù)據(jù)0x01，0x00時，表示第一組的“閑”時段。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)主要由主控中心-宏晶科技STC89S52單片機(jī)和復(fù)位電路、時鐘電路、信號燈控制顯示電路、數(shù)碼管控制顯示電路及按鍵控制電路等功能模塊組成，系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 ?交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖

復(fù)位電路和時鐘電路為通用電路模塊，晶振頻率為11.0592MHz。

信號燈控制顯示電路如圖2所示，采用單片機(jī)P1口中的P1.0~P1.5控制12個發(fā)光二極管模擬實際交通信號燈。其中，P1.0~P1.2分別控制南北方向的紅燈、黃燈和綠燈，P1.3~P1.5分別控制東西方向的紅燈、黃燈和綠燈。所有信號燈采用共陽極的方式連接，即當(dāng)P1.0~P1.5相應(yīng)端口輸出低電平時，對應(yīng)的發(fā)光二極管點亮，指示相應(yīng)的交通狀態(tài)。

圖2 ?信號燈控制顯示電路圖

采用4位七段數(shù)碼管顯示通行/停止倒計時時間，數(shù)碼管控制顯示電路如圖3所示。數(shù)碼管的8段段碼與單片機(jī)P0端口連接，4位位碼與單片機(jī)端口（A1~A4）經(jīng)三極管反相后相連接。通過分時輪流控制各位數(shù)碼管的位碼，使各位數(shù)碼管輪流受控動態(tài)顯示數(shù)字。由于數(shù)碼管為共陰極連接，段碼和位碼高電平有效。

圖3 ?數(shù)碼管控制顯示電路圖

功能按鍵電路如圖4所示，有三個按鍵，S1、S2和S3，分別與單片機(jī)P2.0~P2.2端口連接。按鍵的主要功能是手動調(diào)整通行時間。具體為：S1用于通道的切換，按1次為調(diào)整南北方向通行時間，按2次為調(diào)整東西方向通行時間，按3次退出時間調(diào)整；S2用于增加通行時間，每按一次通行時間增加1S；S2用于減少通行時間，每按一次通行時間減少1S。當(dāng)然，時間的調(diào)整步長可以是其他任意值，如5s或10s。通行時間設(shè)置有最長時間值和最短時間值。

圖4 ?功能按鍵電路圖

2、軟件設(shè)計

交通燈控制系統(tǒng)的軟件分模塊進(jìn)行設(shè)計，采用Keil公司μvision2編譯器用C51語言編寫。軟件程序主要包括：主程序、初始化子程序、運行過程子程序、信號燈控制子程序、數(shù)碼管顯示控制子程序、功能按鍵子程序、定時中斷子程序、串口通信中斷子程序等。下面對主要的子程序進(jìn)行分析說明。

初始化子程序用來設(shè)置功能寄存器的初值，初值錯誤將導(dǎo)致設(shè)計失敗。本設(shè)計用定時器T0做通行時間倒計時，工作在模式1；定時器T1做串口通信的波特率，工作在模式2。串口通信工作在模式1，允許接收。寄存器的初值設(shè)置如下：

TMOD=0x21;//定時器1和定時器0

SCON=0x50;//串口通信模式1，允許接

收

PCON=0x00;//波特率不倍增

TH0=（65536-45872）/256;//50ms定時器初值

TL0=（65536-45872）%256;

TL1=0xFD;//波特率為9600bps

TL1=0xFD;

EA=1;//開中斷

ET0=1;

ES=1;

TR0=1;//啟動定時器

TR1=1;

運行過程子程序以時間為主線控制交通信號燈狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管時間的顯示，其流程圖如圖5，每一種交通狀態(tài)下，程序都需要處理信號燈控制顯示、數(shù)碼管控制顯示和按鍵掃描子程序，同時需要處理定時器中斷和串行通信中斷。

圖5 運行過程子程序設(shè)計流程圖

信號燈控制子程序是用來控制信號燈的轉(zhuǎn)換。由信號燈的硬件電路可知，信號燈為共陽連接，P1.0~P1.5為高電平/低電平時，信號燈熄滅/點亮。根據(jù)通行情況，信號燈的狀態(tài)共有7種，各狀態(tài)的含義和對應(yīng)P1.0~P1.5端口的電平值如表1所示。

表1 ?信號燈的狀態(tài)

定時器中斷子程序完成1s計時，設(shè)置初值時每50ms產(chǎn)生一次中斷，計時1s需要產(chǎn)生20次中斷。串口中斷子程序完成兩個字節(jié)數(shù)據(jù)的接收，前一個字節(jié)為地址，后一個字節(jié)為命令。當(dāng)接收第一個字節(jié)后，判斷是否為本機(jī)地址，如果是，則執(zhí)行命令。

3、軟硬件測試

圖6 ?交通燈控制系統(tǒng)仿真結(jié)果

圖6為交通燈控制系統(tǒng)在Proteus虛擬仿真平臺上的仿真結(jié)果。仿真圖中除了上文所述硬件電路外，還增加了電平轉(zhuǎn)換電路，以實現(xiàn)串口通信。圖中交通燈南北方向綠燈點亮，東西方向紅燈點亮；四位數(shù)碼管上的第1位表示通行時段，數(shù)字“0”表示工作在“閑”時段，第3和第4位數(shù)字表示通行時間的十位和個位。圖7為實際制作的交通燈控制系統(tǒng)。同樣是南北方向綠燈點亮，東西方向紅燈點亮，數(shù)碼管同時顯示通行時段和時間。仿真結(jié)果與實際電路結(jié)果一致。通過手動按壓功能鍵S1、S2和S3可以調(diào)整通行時間，調(diào)整時間的步長為1S。通過串口通信調(diào)整通行時段，通信內(nèi)容為“00”、“01”和“02”，分別表示“閑”、“不忙”和“忙”。仿真和實驗結(jié)果說明本文設(shè)計思路和實現(xiàn)滿足系統(tǒng)總體功能。

圖7 ?交通燈控制系統(tǒng)實物圖

4、結(jié)束語

基于STC89S52單片機(jī)設(shè)計并制作了交通燈控制系統(tǒng)。根據(jù)功能要求設(shè)計了系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序。Proteus平臺對交通燈控制系統(tǒng)的虛擬仿真和硬件電路的安裝與測試結(jié)果表明設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)不僅具有基本的交通控制功能，還能夠手動按鍵/串口通信實時調(diào)整通行時間。
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