摘要：本課程設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模擬十字路口交通燈控制系統(tǒng)。通過(guò)自主設(shè)計(jì)電路原理圖、編寫控制程序以及完成硬件搭建，深入理解了單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)與功能要求

1. 設(shè)計(jì)目標(biāo)：模擬一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)十字路口的交通信號(hào)燈控制，具備自動(dòng)循環(huán)、時(shí)間可調(diào)及緊急手動(dòng)控制等功能。
2. 功能要求：

• 南北方向與東西方向交替通行，遵循“綠燈→黃燈→紅燈”的循環(huán)。

• 每個(gè)方向設(shè)置通行（綠燈）、等待（黃燈）和禁止（紅燈）三種狀態(tài)。

• 綠燈與紅燈時(shí)間可程序設(shè)定，黃燈作為過(guò)渡固定為3秒。

• 設(shè)置緊急模式按鍵，可手動(dòng)切換為全方向紅燈，模擬緊急情況。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，主要由以下模塊構(gòu)成：

1. 控制核心：STC89C52單片機(jī)，負(fù)責(zé)邏輯處理與定時(shí)控制。
2. 顯示模塊：采用紅、黃、綠三色LED模擬交通燈，每個(gè)方向各一組。
3. 輸入模塊：獨(dú)立按鍵用于切換緊急模式及重置系統(tǒng)。
4. 電源模塊：提供穩(wěn)定的5V直流電源。

三、電路原理圖設(shè)計(jì)

1. 單片機(jī)最小系統(tǒng)：包括晶振電路（12MHz）、復(fù)位電路（上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位）以及電源濾波電路。
2. LED驅(qū)動(dòng)電路：采用共陽(yáng)極接法，單片機(jī)I/O口通過(guò)限流電阻（220Ω）直接驅(qū)動(dòng)LED。考慮到I/O口驅(qū)動(dòng)能力，若需增加亮度可加入三極管放大電路。
3. 按鍵電路：采用獨(dú)立式按鍵，一端接地，另一端接I/O口并上拉至VCC，實(shí)現(xiàn)低電平有效檢測(cè)。
4. 完整原理圖整合：使用EDA軟件（如Altium Designer或Proteus）繪制，確保電氣連接正確，并標(biāo)注元件參數(shù)。

四、程序設(shè)計(jì)
程序采用C語(yǔ)言在Keil uVision環(huán)境下開發(fā)，結(jié)構(gòu)清晰，便于維護(hù)。

1. 主程序流程：初始化→進(jìn)入主循環(huán)→掃描按鍵→執(zhí)行正常模式或緊急模式。
2. 定時(shí)器應(yīng)用：使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器0，工作于模式1（16位定時(shí)），產(chǎn)生精確的1秒基準(zhǔn)時(shí)間。
3. 狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)：將交通燈周期劃分為四個(gè)狀態(tài)（南北綠/東西紅、南北黃/東西紅、南北紅/東西綠、南北紅/東西黃），通過(guò)狀態(tài)變量平滑切換。
4. 關(guān)鍵代碼片段：
`c
// 定義時(shí)間常數(shù)（單位：秒）
#define GREEN_TIME 30

#define YELLOW_TIME 3

#define REDTIME (GREENTIME + YELLOWTIME)

// 狀態(tài)處理函數(shù)示例
void handlestatenormal() {
switch(currentstate) {
case 0: // 南北綠燈，東西紅燈
setlights(SOUTHNORTH, GREEN);
setlights(EASTWEST, RED);
if(timercount >= GREENTIME) {
currentstate = 1;
timercount = 0;
}
break;
// ... 其他狀態(tài)類似
}
}
`

1. 按鍵去抖：采用軟件延時(shí)法，檢測(cè)到按鍵按下后延時(shí)10-20ms再次確認(rèn)，提高穩(wěn)定性。

五、系統(tǒng)仿真與調(diào)試

1. 軟件仿真：使用Proteus軟件加載原理圖與編譯后的HEX文件，進(jìn)行邏輯功能仿真，驗(yàn)證時(shí)序正確性。
2. 硬件調(diào)試：

• 焊接前檢查：核對(duì)元器件型號(hào)與參數(shù)。

• 分模塊測(cè)試：先測(cè)試最小系統(tǒng)能否正常啟動(dòng)，再依次測(cè)試LED模塊與按鍵模塊。

• 聯(lián)調(diào)：下載程序后觀察實(shí)際運(yùn)行效果，使用萬(wàn)用表測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)電壓，確保電路工作正常。

1. 常見問(wèn)題與解決：

• LED亮度不足：檢查限流電阻是否過(guò)大，或增加驅(qū)動(dòng)電流。

• 程序跑飛：檢查復(fù)位電路與晶振連接，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)。

• 按鍵響應(yīng)不靈：調(diào)整去抖延時(shí)參數(shù)，檢查硬件連接。

六、設(shè)計(jì)與擴(kuò)展思考
通過(guò)本次DIY實(shí)踐，完整經(jīng)歷了從理論設(shè)計(jì)到實(shí)物制作的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程。掌握了單片機(jī)I/O口控制、定時(shí)器編程、狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)以及硬件調(diào)試等核心技能。
可能的擴(kuò)展方向包括：

1. 增加倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示，提升信息直觀性。
2. 引入車流量傳感器（如紅外對(duì)管），實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)配時(shí)。
3. 通過(guò)無(wú)線模塊（如藍(lán)牙）與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與參數(shù)設(shè)置。

七、附錄

1. 完整電路原理圖（圖紙或圖片）。
2. 程序源代碼清單。
3. 元器件清單表。

參考文獻(xiàn)
[1] 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]. 清華大學(xué)出版社.
[2] 郭天祥. 新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M]. 電子工業(yè)出版社.

（注：本報(bào)告為課程設(shè)計(jì)范例，實(shí)際制作中請(qǐng)根據(jù)具體元器件與實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)整，注意用電安全。）