一、设计任务和要求
1.1要求和任务
①东西与南北方向灯轮流交替工作，按照下面示意图进行。
图一 循环流程图
②要求设计中所用的计数器为一个到两个，定时时间最长为4分钟。在南北向和东西向增加强行绿灯按钮，可以强制某个方向通行而另一个方向禁止。
③路口增加车辆传感器，某方向无车辆时可跳过绿灯时段。 ④红绿灯时段长度做成可调的，方便设置通行的时间。 ⑤增加译码显示电路，使用数码管显示倒计时。
二、方案选择与论证
2.1使用数字逻辑电路
使用数字电路需要进行计时电路以及显示电路的设计，元件规模小，电路也可靠，采用状态机方式实现也具有可操作性。
2.2选择使用51单片机控制电路
使用51单片机的优点是电路简单，作为本次设计完全具备硬件控制要求，在成本上也与数字逻辑电路相当。另外，单片机控制方便，电路修改性强，可根据具体的情况修改程序，从而达到更切合实际的效果。
综上，此次我们选择STC89C51单片控制电路实现。
三、单片机资源分配与程序设计
3.1一秒定时的实现
由于单片最长定时时间为65536us，所以无法需要计数形式的定时。我们采用方式二定时，一次定时200us，则需要重复5000次，具体定时程序如下：
TMOD=0x2; //设置为采用方式二定时 TH0=0x38; //赋初值 TL0=0x38; //赋初值
设置一个变量Y，当Y=5000时，定时器溢出，则开始下一次计时。这样实现了1s的定时。
3.2控制选择设置
本次需要增加了方向传感器和强制按钮以及检测按钮，所以设计嵌套和优先级关系，还有时间调节按钮。它们关系为时间调节按钮最大，强制开关是稍次，其次是检测开关，控制循环结构的跳转，最低的是最基本的灯循环工作结构。对应程序部分如下：
if(q1==0)
{
1
时间调节部分；
}
else if(q2==0)
{
南北方向强制控制部分；
}
else if(q3==0)
{
东西方向强制控制部分；
} {
else
基本指示循环工作；
}
3.3数码管显示倒计时设计
本次采用四位数码管，基本的循环指示状态下两位数码管显示倒计时，而在调节时间是，每两位分别显示当前南北和东西的绿灯定时时间。数码管采用三极管共阳形式接法。
图二 数码管驱动原理
3.4循环指示工作的实现
对于循环工作的实现，本次设计定义了两个标志a和b，共计四种状态。a=0且b=0时为东西绿灯，南北红灯；a=0,b=1时为东西绿灯闪烁，南北红灯;a=1，b=0时为东西红灯，南北为绿灯；a=1,b=1时为东西红灯，南北绿灯闪。程序实现如下
if(a==0&&b==0) {
if(timegre1<=5) {
a=0；b=0；
2
} }
if(a==0&&b==1) {
if(timegre1<=0) {
a=1；b=0； } ｝
if(a==1&&b==0) {
if(timegre2<=5) {
a=1；b=1; } }
if(a==1&&b==1) {
if(timegre2<=0) {
a=0；b=0; } ｝
3.5时间调节的设计
针对时间的调节部分，我们采用按键形式，分别定义东西绿灯时间加和减，南北时间加和减，共计四个按键。采用扫描判断，有低电平来时，认为按键按下，对应数码管显示当前设置的时间。具体部分程序入下
if(q1==0)
{
关闭各个方向的指示灯； if(zz==0) {
yanshi(10) ; //消除抖动 if(zz==0) {
按键按下，执行东西方向绿灯时间加动作； }
while(!zz) ; //等待按键的弹起 }
if(jj==0) {
yanshi(10) ; if(jj==0)
3
{
按键按下，执行东西方向绿灯时间减动作； }
while(!jj) ; }
if (jj2==0) {
yanshi(10) ; if (jj2==0) {
按键按下，执行南北方向绿灯时间加动作； }
while(!jj2) ; }
if (zz2==0) {
yanshi(10) ; if (zz2==0) {
按键按下，执行东西方向绿灯时间减动作； }
while(!zz2) ; }
dispaly2(z_timegre1 ,z_timegre2 ) ; //调用数码管显示函数，同时显示两个方向时间}
本次设计完整的程序设计详见附录一。
3.6单片机输入输出端口分配以及基本参数定义
有以上分析，我们对单片机的输入输出端口进行分配，还针对控制部分定义参数。
输入部分 管脚定义 输出部分 管脚定义 参数定义 说明 时间调q1=P3^5; 东西绿灯 gre1=P2^5 timegre1 东西绿节 灯 控制按时间变钮 量 东西绿q2=P3^6; 东西红灯 red1=P2^6; z_timegre1 东西调灯 节 强制按时间变钮 量 南北绿q3=P3^7; 南北绿灯 gre1=P2^5; timegre2 南北绿风 灯 强制按时间变钮 量 东西车ceshi1 南北红灯 red2=P2^2; z_timegre2 东西调流 =P3^2; 节
4
检测开关 南北车流 检测开关 东西绿灯 时间增加 东西绿灯 时间减少 南北绿灯 时间增加 南北绿灯 时间减少 量 量 时间变ceshi2=P3^3; y 定时辅助循环变量 zz=P2^0; S 烁 绿灯闪定时变jj=P2^3; a 制 状态控标志1 zz2=P2^7 B 制 状态控变量2 jj2=P2^4; 表一 输入输出分配及参量定义 3.7实验结果分析
本次程序的编写是在keil 4实现的，程序运行过程经过了实物的具体验证，程序能够完成设计目标，达到了设计的具体要求。
四、protel原理图绘制
本次原理图绘制采用的是protel99版本软件。 具体原理图设计见附录二
五、PCB版图设计
本次PCB版图绘制采用的是protel99版本软件。 具体PCB版图见附录二
六、元件清单
项目 单片机 四位共阳数码管 NPN三极管 LED发光二极管 电阻 电阻
规格 STC89C51 SM410564 9012 普通规格 4.7k 10k 数量 1 1 4 4 16 6 封装说明 DIP40 自建的封装 TO-92A DIODE0.4T AXIAL0.3 AXIAL0.3 5
按键 电容 晶振 导线 两脚形式 22p 12M 耐流0.5A 6 2 1 若干 RAD0.2 RAD0.2 RAD0.2 七、设计总结
本次设计完成了设计的全部要求，具体的指标都是达到要求的。在数码管显示部分和强制调节以及车流检测部分都是实现了，通过按键方便实用。只采用了一个定时功能，单片机还可以有着很大的扩展性。通过对protel的使用，增加了从产品原理图设计到PCB版图设计的认识，加深了对CAD知识的了解和掌握,设计当中一些小细节，例如元件封装，创建原理图库和PCB封装库等都是很需要细心与耐心的。
另外，本次设计可以提高的地方，我们可以从实际的需求考虑：1、在现实的十字路口中黄灯是肯普遍的，所以可以增加黄灯的部分。2、可以在增加人行道的红绿灯部分，而不仅仅是局限在道路的指示。3、对于道路的通行车流随时段的变化规律进行一种统计计算，自动改变各个道路的通行时间不需要认为的操纵。
通过本设计，还有报告的撰写，虽然条件很多很复杂，但是对于以后的毕业设计写作和论文的写作都是一种提前的锻炼，也大有裨益的。
八、参考文献
1．电路CAD讲义．萧宝瑾．太原理工大学．
2．单片机技术基础教程与实践．夏路易. 电子工业出版社 3．单片机接口与原理技术．牛煜光. 电子工业出版社
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附录一
#include shi=0; unsigned char code dispcode[]={0xC0,0xF9,0xA4, ge=1 ; 0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90 }; P0=dispcode[q1] ; bit a=0,b=0 ; yanshi(2) ; sbit q1=P3^5; zhuang=1 ; sbit q2=P3^6; zhuang2=1; sbit q3=P3^7; shi=1; ge=0 ; P0=dispcode[q2] ; yanshi(2) ; zhuang=0 ; zhuang2=1; 7 sbit red1=P2^6; sbit gre1=P2^5; sbit red2=P2^2; sbit gre2=P2^1; sbit zz=P2^0; sbit jj=P2^3; sbit zz2=P2^7; sbit jj2=P2^4; sbit shi=P1^2; sbit ge =P1^3; sbit zhuang =P1^0; sbit zhuang2 =P1^1; sbit ceshi1 =P3^2; sbit ceshi2 =P3^3; unsigned char timegre1=24, z_timegre1=10； unsigned char z_timegre2=10,timegre2=36； unsigned char shan1=5,shan2=5 ; unsigned int y,s ; void yanshi(unsigned int a) //延时函数 { unsigned char j; while(a--) { for (j=0;j<50;j++); } } //下面的显示函数是在调节时间时显示时间 void dispaly2(unsigned char k,unsigned char j) { unsigned char q1,q2,p1,p2 ; q1=j/10 ; q2=j%10 ; p1=k/10 ; p2=k%10 ; zhuang2=1; zhuang=1 ; void main() { if (jj2==0) //南北方向时间增加 TR0=1; //开启定时器 { yanshi(10); ET0=1; //打开定时0中断 if (jj2==0) EA=1; //打开总的中断开关 { TMOD=0x2; //选择定时方式2 z_timegre2--; TH0=0x38; if(z_timegre2<=5) z_timegre2=6 ; TL0=0x38; if(z_timegre2>98) while(1) z_timegre2=99 ; timegre2=z_timegre2 ; } while(!jj2) ; } if (zz2==0) //南北方向时间减少 { yanshi(10) ; 8 { if(q1==0) //此模式为时间的设置 { s=0 ; y=0 ; red1=1 ; gre1=1 ; gre2=1 ; red2=1 ; if(zz==0) //东西方向时间增加 { yanshi(10) ; if(zz==0) { z_timegre1++; if(z_timegre1<=5) z_timegre1=6 ; if(z_timegre1>98) z_timegre1=99 ; timegre1=z_timegre1 ; } while(!zz) ; } if(jj==0) //东西方向时间减少 { yanshi(10) ; if(jj==0) { z_timegre1--; if(z_timegre1<=5) z_timegre1=6 ; if(z_timegre1>98) z_timegre1=99 ; timegre1=z_timegre1 ; } while(!jj) ; } red2=0 ; zhuang=0 ; ge= 1 ; shi=1 ; P0=dispcode[1] ; y=0; s=0; } else / /此模式为基本的指示循环结构{ if(a==0&&b==0) timegre2=z_timegre2 ; } display(timegre1); } if(a==1&&b==0) { if(ceshi2==0&&ceshi1==1) { a=0; b=0; timegre1=z_timegre1 ; } else { 9 { if(ceshi1==0&&ceshi2==1) { a=1; b=0; timegre2=z_timegre2 ; } else { red1=1 ; gre1=0 ; gre2=1 ; red2=0 ; if(timegre1<=5) { a=0; b=1; } display(timegre1); } } if(a==0&&b==1) { red1=1 ; //gre1=~gre1 ; gre2=1 ; red2=0 ; if(timegre1<=0) { a=1; b=0; } } void timer0(void) interrupt 1 // 定时函数 { y++ ; //1s定时变量 s++ ; //绿灯闪烁定时变量 if(y==5000) //1s定时时间到，开始减一{ timegre1--; timegre2--; shan1--; shan2--; y=0; 10 } if(s==2500) { if(a==1&&b==1) //此时为南北方向绿灯闪烁 { gre2=~gre2 ; } if(a==0&&b==1) //此时为东西方向绿灯闪烁 { gre1=~gre1 } s=0 ; } } ; 附录二 11 图一 protel原理图 12 图二 PCB版图 附录三 图三 实物运行图一 图四 实物运行图二 13 图五 调节两个方向通行时间界面 图六 背面焊接示意图 14 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容