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碼管。交通燈控制系統的功能如下：

1）信號燈和數碼管的工作過程為：南北方向紅燈亮20秒（數碼管從20倒計時），東西方向綠燈亮17秒（數碼管從17倒計時），接著黃燈閃爍3秒（數碼管從3倒計時）；在黃燈變為0秒時，東西方向的紅燈亮30秒（數碼管從30倒計時），則南北方向綠燈亮27秒（數碼管從27倒計時），接著黃燈閃爍3秒（數碼管從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整（增加或者減少）；

3）根據實際車流量可以設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置，串口通信數據格式為兩個字節，前一個字節表示地址，后一個字節表示時段。地址字節為0x01、0x02、0x03等，分別表示不同小組的地址。時段字節為：0x00、0x01和0x02，分別表示不同時段，即“閑”、“不忙”和“忙”。例如傳輸數據0x01，0x00時，表示第一組的“閑”時段。

1、系統硬件設計

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

圖1 ?交通燈控制系統的硬件電路結構框圖

復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P1口中的P1.0~P1.5控制12個發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P1.0~P1.5相應端口輸出低電平時，對應的發光二極管點亮，指示相應的交通狀態。

圖2 ?信號燈控制顯示電路圖

采用4位七段數碼管顯示通行/停止倒計時時間，數碼管控制顯示電路如圖3所示。數碼管的8段段碼與單片機P0端口連接，4位位碼與單片機端口（A1~A4）經三極管反相后相連接。通過分時輪流控制各位數碼管的位碼，使各位數碼管輪流受控動態顯示數字。由于數碼管為共陰極連接，段碼和位碼高電平有效。

圖3 ?數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P2.0~P2.2端口連接。按鍵的主要功能是手動調整通行時間。具體為：S1用于通道的切換，按1次為調整南北方向通行時間，按2次為調整東西方向通行時間，按3次退出時間調整；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。當然，時間的調整步長可以是其他任意值，如5s或10s。通行時間設置有最長時間值和最短時間值。

圖4 ?功能按鍵電路圖

2、軟件設計

交通燈控制系統的軟件分模塊進行設計，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行分析說明。

初始化子程序用來設置功能寄存器的初值，初值錯誤將導致設計失敗。本設計用定時器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的轉換和數碼管時間的顯示，其流程圖如圖5，每一種交通狀態下，程序都需要處理信號燈控制顯示、數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 運行過程子程序設計流程圖

信號燈控制子程序是用來控制信號燈的轉換。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。根據通行情況，信號燈的狀態共有7種，各狀態的含義和對應P1.0~P1.5端口的電平值如表1所示。

表1 ?信號燈的狀態

定時器中斷子程序完成1s計時，設置初值時每50ms產生一次中斷，計時1s需要產生20次中斷。串口中斷子程序完成兩個字節數據的接收，前一個字節為地址，后一個字節為命令。當接收第一個字節后，判斷是否為本機地址，如果是，則執行命令。

3、軟硬件測試

圖6 ?交通燈控制系統仿真結果

圖6為交通燈控制系統在Proteus虛擬仿真平臺上的仿真結果。仿真圖中除了上文所述硬件電路外，還增加了電平轉換電路，以實現串口通信。圖中交通燈南北方向綠燈點亮，東西方向紅燈點亮；四位數碼管上的第1位表示通行時段，數字“0”表示工作在“閑”時段，第3和第4位數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。同樣是南北方向綠燈點亮，東西方向紅燈點亮，數碼管同時顯示通行時段和時間。仿真結果與實際電路結果一致。通過手動按壓功能鍵S1、S2和S3可以調整通行時間，調整時間的步長為1S。通過串口通信調整通行時段，通信內容為“00”、“01”和“02”，分別表示“閑”、“不忙”和“忙”。仿真和實驗結果說明本文設計思路和實現滿足系統總體功能。

圖7 ?交通燈控制系統實物圖

4、結束語

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