1 交通灯的设计目的及方案介绍
1设计课题的目的
通过单片机的课程设计，加深和巩固单片机知识，提高综合及灵活运用所学的知识来解决日常生活及工业控制的能力，提高针对知识的需要，选择和查阅其他资料书籍、灵活运用其中知识及自学能力，提高组成系统、编程、制版、调试的全方面能力，通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉单片机运用于系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。培养发现问题、分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维的提高。
1.2设计要求及说明
设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”， 进入准备工作状态。按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。有应急车辆出现时，红灯全亮，应急车辆通车时间10秒，同时禁止其他车辆通过。
1.3方案介绍及工作原理
1.3.1 方案介绍
系统整体框图如图1.1所示：
1.3.2 工作原理
该系统采用的是使用现有单片机最小的硬件电路和P3口控制交通灯，P2口控制数码管各位，P0口控制数码管各段，P1.0、P1.1口线控制数码管各位和P1.2口接收紧急信号电路集合而成，构成交通灯的总体电路，即交通灯。通过对单片机编写对应的程序,控制各个部分，达到预期的效果。
2 交通灯的硬件设计及PCB图
2.1 交通灯原理图
电路原理图如附录一，电路原理图由各功能模块组成。
2.2 交通灯各模块功能
2.2.1 单片机最小系统电路
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单片机最小系统由CPU，复位电路，振荡电路三部分构成，CPU采用的是
Atmel公司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的AT89S52芯片。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，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。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 。
复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，进行复位操作。而复位电路又可以分为上电复位，按键电平复位和按键脉冲复位这三种，在这次设计中，选用的是按键电平复位电路。其功能为：上电的同时，RC回路开始充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST段保持10ms以上的高电平，就能够使单片机有效的复位。
振荡电路是从AT89S52的XTAL1和XTAL2接入时钟信号的。由外接晶振及电容C1，C2所构成的并联谐振电路接在放大器的反馈回路中。在设计电路板时为减小干扰，晶振和电容应该尽可能的与单片机近些，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定可靠。其功能为：产生振荡脉冲，为单片机运行提供时序。 上拉电阻是为了拉高电压，增强IO口的驱动能力。
2.2.2 显示电路设计
单片机应用系统最常用的显示器是LED（发光二极管显示器）、LED（液晶显示器）。这两种显示器可显示数字、字符及系统的状态。它们的驱动电路简单、易于实现且价格低廉，因此，得到了广泛应用。本次设计要显示数字倒计时，用数码管动态显示。将LED显示器各位数码管的所有段控端相应地并联在一起，由P0的8个口线控制，形成段选线多路复用，而各位数码管的共阳极分别由P2口的其中四个口线控制，实现各位的分时选通。共阳极数码管字形代码表如表2.1所示。
表2.1 共阳极数码管字形代码表 字型 0 1 2 3 4
共阳代码 字型 C0H 6 F9H 7 A4H 8 B0H 9 99H P. 2
共阳代码 82H F8H 80H 90H 0CH
5 92H 灭 FFH 2.2.3 数码管驱动电路设计
本设计采用的数码管驱动是采用PNP三极管驱动，有效增强数码管显示的亮度。当给P2口线与三极管的发射极相连，用于连接数码管位控与三极管的集电极相连，三极管的基极通过电阻与地相连，当给P2高电平的同时，输出高电平信号控制数码管的显示位显示。
2.2.4 紧急按键电路设计
紧急信号为低电平，通过设计紧急按键电路与P1.2口相连接，紧急信号通过P1.2输入单片机内部,当紧急事件过去后，单片机回到原来的地方继续工作。
2.2.5 程序下载口电路设计
ATMEL公司的89S5XX提供了支持ISP(在线下载程序) 并口下载功能,它只需一块八位锁存器就可以实现了,原理如下：MOSI:数据串行输出 （S52P1.5脚），MISO:串行数据输入（S52 P1.6脚），SCK:同步控制时钟（S51 P1.7脚），RST接单片机复位脚，当有足够的高电平使S51处于复位状态，它就会开启读写程序功能。
2.2.6 电源电路设计
因为本次设计所需电源的模块有单片机最小系统，数码管显示器，二极管交通灯，它们所需电源都为+5V，因而电源设计只需设计一个+5V电源。为了供电方便，我们直接在插孔处引一根数据线用USB接口供电。
2.2.7 交通灯元器件清单
交通灯元件清单如表2.2。
表2.2 交通灯元件清单
元件名称 AT89S52 电阻 电容 极性电容 LED数码管 晶振 发光二极管 元件个数 1 25 3 1 2 1 2 1 4 4 3
元件特性 4.7KΩ 1KΩ 200Ω 33pF 22μF 4位一体共阳 12M 红色 绿色