第一章 控制要求
1.1 控制要求
（1）系統工作受開關控制，起動開關 ON 則系統工作；起動開關 OFF 則系統停止工作。
（2）控制對象有八個：
東西方向紅燈兩個 , 南北方向紅燈兩個，
東西方向黃燈兩個 , 南北方向黃燈兩個，
東西方向綠燈兩個 , 南北方向綠燈兩個，
東西方向左轉彎綠燈兩個，南北方向左轉彎綠燈兩個。
（3）另外東西方向、南北方向各設置顯示兩位十進制的7段顯示器，用來顯示倒數計數值。
1）高峰時段按時序圖二（見附圖）運行， 正常時段按時序圖三（見附圖）運行，晚上時段按提示警告方式運行，規律為： 東、南、西、北四個黃燈全部閃亮，其餘燈全部熄滅。
高峰時段、正常時段及晚上時段的時序分配按時序圖一運行(見附圖)。
可以只選擇高峰時段或正常時段進行設計，但最後評分值最高以良好評議；如果全部功能實現（需要設計一個24小時的時鐘作為時段劃分的基礎），最高評分值以優秀評議。
時序圖
第二章 系統方案設計
2.1交通燈運行狀態分析
根據控制要求，系統以下圖交通的運行狀態來設計系統方案。
狀態1南北直行；狀態2南北左轉； 狀態3東西直行；狀態4東西左轉。
共有四種狀態，分別設定為S1、S2、S3、S4，交通燈以這四種狀態為一個週期。循環執行如圖1.5所示：
圖2.1 交通燈狀態循環圖
2.2系統總體方案設計
圖2.2系統總體方案圖
本系統採用MCS-51系列單片機AT89C51為中心器件來設計交通燈控制器，實現了正常、高峰、晚間時通過單片機的P1口設置紅、綠、黃燈亮滅的功能。東西、南北兩位7段顯示器用來顯示倒數計數值。系統分三種工作時段：正常、高峰、晚間，並且通過時間段來控制"正常"、"高峰"、"晚間"相互轉化。
正常時段：南北段直行通行（綠燈）、東西段禁止（紅燈）40s，同時南北段和東西段方向的數碼管分別從40s和70s開始倒計時，至最後5s時南北段綠燈變成黃燈閃爍；此後南北段左轉（左轉綠燈亮）通行、東西段禁止（紅燈）20s，同時南北段和東西段方向的數碼管都從20s開始倒計時，至最後5s時南北段左轉燈變成黃燈閃爍；再後東西段直行通行（綠燈）、南北段禁止（紅燈）40s，同時東西段和南北段方向的數碼管分別從40s和70s開始倒計時，至最後5s時東西段綠燈變成黃燈閃爍；最後東西段左轉（左轉綠燈亮）通行、南北段禁止（紅燈）20s，同時東西段和南北段方向的數碼管都從20s開始倒計時，至最後5s時東西段左轉燈變成黃燈閃爍。
高峰時段：南北段、東西段的通行時間改為45s，左轉的時間改為15s，其它與正常時段相同。
晚間時段：禁止左轉和直行，東西南北四個方向黃燈閃亮。
第三章 系統電路設計
3.1控制芯片選擇
圖3.1 AT89C51引腳圖
AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，器件採用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及8051產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，可以按照常規方法對其進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反覆擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。
3.2狀態燈選擇
該系統設計紅、綠、黃狀態燈顯示的功能，用LED燈來代替實際的交通燈，由於有四種不同的運行狀態，一個十字路口需要16個LED燈，倒計時數碼管顯示選用兩位帶片選的7段數碼管，需要4個。數碼管顯示簡單，程序簡單，端口用的少。普通單色發光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發光均勻穩定、響應速度快、壽命長等優點，可用各種直流、交流、等電源驅動點亮，它屬於電流控制型，使用時需串接合適的限流電阻。
3.3系統硬件原理圖設計
圖3.2系統原理佈置圖
第四章 系統軟件設計
4.1 程序流程圖設計
圖4.1主程序流程圖
系統通電後，初始化定時器，進行24小時定時，在7:00到8:15或16:30到17：00時，按高峰時段運行。在6:30到7：00或8:15到16;30或18:00到19：00時，按正常時段運行。其餘時段，按晚間時段運行。
圖4.2 時鐘及晚間時段程序流程圖
本設計利用單片機的定時器T0中斷來設置24小時定時，設置TH1=0x3C，TL1=0xB0.即每0.05秒中斷一次。到第20次中斷即過了20*0.05秒＝1秒時，計60S時，滿意1分鐘，計滿60分鐘，滿1小時，計滿24小時，又重新開始計時。用定時器T1中斷來設置數碼管倒計時，每滿1S時，使時間的計數值減1，便實現了倒計時的功能。
圖4.3 高峰時段及正常時段流程圖
4.2 系統編程
4.2.1定時器的中斷設置
在單片機中，中斷技術主要用於實時控制。所謂實時控制，就是要求計算機能及時地響應被控對象提出的分析、計算和控制等請求，使被控對象保持在最佳工作狀態，以達到預定的控制效果。由於這些控制參量的請求都是隨機發出的，而且要求單片機必須做出快速響應並及時處理，對此，只有靠中斷技術才能實現。
本系統中的定時時鐘及倒計時的設置和相應中斷服務子程序如下：
/*24小時時鐘 */
void Timer0Cofig(){
TMOD=0x01; //T0定時器工作方式
TH0=0x3C; //設置初始值,定時50MS
TL0=0xB0;
ET0=1; //定時器開中斷
TR0=1; //啟動定時器0
EA=1; //CPU開中斷總允許
}
void T0int() interrupt 1{
TH0=0x3C; //設置初始值
TL0=0xB0;
second_counter++;
if(second_counter>=20){second++;second_counter=0;}
if(second>=60){minute++;second=0;}
if(minute>=60){hour++;minute=0;}
if(hour>=24){hour=0;}
}
/********倒數顯示定時器*********/
void Timer1Cofig()
{
TMOD=0x01; //T1定時器工作方式
TH1=0x3C; //定時器初值50ms中斷一次
TL1=0xB0;
ET1=1; //定時器開中斷
TR1=1; //啟動定時器1
EA=1; //CPU開中斷總允許
}
/*定時器中斷函數*/
void timer1() interrupt 3{
TH1=0x3C; //重新裝入初值
TL1=0xB0;
RGY_second++;
if(RGY_second==20){
RGY_second=0;
Time_EW--;//滿1秒，數碼管值減1
Time_SN--;
}
}
第五章 系統調試與仿真
5.1 proteus仿真結果
根據系統設計要求，進行keil調試和proteus系統仿真，不斷調試程序。發光二極管，數碼管都能按要求顯示，符合要求。proteus總體仿真圖如下。
圖5.1 仿真結果
