基于单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现.doc

北京邮电大学毕业设计

基于单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现

学 院：软件学院

专业班级：XX

学 号：2XXXX

学生姓名：XXX

指导教师：XXX

太　原　理　工　大　学
毕业设计（论文）任务书

基于单片机的交通信号灯控制电路的设计与实现
一、选题的目的和意义：
随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。
交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。
城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。

二、研究概况及发展趋势综述
计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。
交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。
交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。

三、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
研究目标：
本设计主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，能够时间倒数，数据显示，参数设置等功能。
研究内容:
根据以上设计需要，系统拟采用以下技术方案，系统的结构框图如下图所示。

图1 系统结构框图
系统由单片机STC89C52、数码管模块、按键模块、蜂鸣器报警模块、按键模块所组成。系统能完成以下功能。系统设有多个按键，用户可以设置红黄灯时间，设置完了之后系统会自动倒数，并依此亮红黄绿灯，除此外系统还设有一个紧急按键，当按下紧急按键的时候所有灯皆灭，方便突发事件的出现。
拟解决的关键问题:
1、完成键盘的设计，分配好各个按键输入对应单片机各口的控制信息；
2、完成数码管电路的设计，实现具体的信息的显示；
四、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析
研究的基本思路和方法：
1、确定硬件系统的设计方案：
（1）、根据系统的功能要求确定选用的元器件；
（2）、分配单片机各个IO口地址，以连接对应的元器件，方便控制；
（3）、利用protel软件构建系统的硬件图；
2、确定软件部分的设计方案:
（1）、确定各部分模块对应要实现的功能，并根据连接图写出对应程序中对应的控制信息，便于软件编写；
（2）、用keil软件编写程序，对应各模块功能模块化编写，便于程序的检查和调试；
3、利用keil软件生成hex文件，用PROTEL软件绘制电路图
4、依照电路图，在电路板上焊接各元件，完成系统实物设计；
5、将焊好的电路板反复进行硬件调试和系统整体调试，直到实现系统要求的预定功能。
技术路线、实验方案及可行性分析：
1、设计用到的设备和软件：
主要设备：电脑、单片机
软件：Protel软件、keil软件
2、利用学习过的模拟电子技术、数字电路技术、单片机原理与应用等知识，了解超声波测距的原理，并选用合适的元器件和系统设计方案。
五、进度计划
第1---4周：查阅文献资料、完成开题报告；
第5---6周：了解系统设计中的基本概念
第 7 周：确定系统方案
第8--11周：确定设备选型及元器清单;
第 12 周：撰写论文；
第 13 周：论文修改；
第 14 周：准备答辩；
第 15 周：答辩。
六、主要参考文献与资料获得情况：
[1] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.电子工业出版社.2009年
[2] 吴运昌．模拟电子线路基础．广州：华南理工大学出版社，2004年
[3] 阎石．数字电子技术基础．北京：高等教育出版社，1997年
[4] 张晓丽等．数据结构与算法．北京：机械工业出版社，2002年
[5] 马忠梅ARM&Linux嵌入式系统教程．北京：北京航空航天大学出版社，2004年
[6] 李建忠．单片机原理及应用．西安：西安电子科技大学，2002年
[7] 韩志军等.单片机应用系统设计[M].机械工业出版社，2004
[8] 周润景等. Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例[M].电子工业出版社，2006
[9] 马忠梅等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，2006
[10] 刘树中，孙书膺，王春平.单片机和液晶显示驱动器串行接口的实现[J].微计算机信息，2007

专业班级
软件1020班
学生
韩陆鸿
要求设计（论文）工作起止日期
2014年3月17日~2014年6月27日
指导教师签字

日期
2014年4月28日
教研室主任审查签字

日期

系主任批准签字

日期

基于单片机的交通信号灯控制电路的
设计与实现
摘 要
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。
当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人车路三者关系的协调以及多值化方向发展。随着社会和经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。随着城市规模的不断扩大，城市交通成为制约城市发展的一大因素。因此，有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案，而大多数都是交通指挥灯。
交通信号灯作为一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置，与我们的生活紧密的联系在一起。设计交通灯控制电路的方法有很多种，由于数字电子技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制电路非常方便。而且数字电子技术芯片只要在一定的范围内输入，都能得到稳定的输出，调试简单，电路的工作也比较稳定。
本论文的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通灯的六个不同信号灯的控制，另外还加以倒计时数码管显示，以设计实现了一个十字路口信号灯的仿真模型及其控制电路。这个电路的设计看似较为复杂，其实就是由一些基本的数字电路组成。论文采用中、小规模集成电路，设计了交通信号灯控制电路，画出了各单元电路图、整机框图和逻辑电路图，完成了组装和调试，实现了交通信号灯控制的各项功能，最后对论文的工作进行了总结。
关键词 STC89C52；独立键盘；数码管；蜂鸣器。

I
Microcontroller-based traffic signal control circuit
Design and Implementation
Abstract
With the development needs of the various modes of transport and traffic control, the first truly three-color lights (red, yellow, and green flag) was born in 1918. It is surrounded by three-color circular projector is mounted on a tower fifth Street in New York City, since its birth, the urban traffic greatly improved.
Currently, a large number of signal circuits is toward digital, low-power, diversity, facilitate people, vehicles, coordinating the three-way relationship, and more value-oriented development along with social and economic development, urban transport problems more cause for concern with the development of society, expanding the size of cities, urban transport as a constraint to urban development is a major factor, so there are many workers in order to improve the urban traffic design environment designed many programs, but most are traffic lights.
Traffic lights used as a command vehicle smooth, smooth crossroads devices with our lives closely linked through. There are many ways to design the traffic light control circuit, because the logic of digital electronic technology is strong, use it to design a traffic light control circuit is very convenient. And as long as the digital electronics chips within a certain range of the input, the output can get a stable, easy adjustment, operation of the circuit is relatively stable.
I have this design is through some basic digital chip to achieve a combination of six different lights on the crossroads of traffic lights control, in addition to a countdown digital display. Crossroads lights to do the simulation model, the design of this circuit may seem more complicated, in fact, some of the basic digital circuit. Using medium and small-scale integrated circuit design traffic signal circuits, and assembly and commissioning, and then the

II

various functions of the design, each unit to draw circuit diagrams, block diagrams and machine logic circuit, a breakthrough step by step, and finally finishing summary.
Keywords: STC89C52, separate keyboard, LED, buzzer.
III
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 引言 1
1.1 目的和意义 1
1.2研究概况和发展趋势 2
1.3 本系统主要研究内容 3
2. 总体方案论证与设计 1
2.1主控模块的选型和论证 1
2.2显示模块的选型和论证 1
2.3按键模块的选型和论证 1
2.4系统整体设计概述 2
3.系统硬件电路设计 3
3.1主控模块 3
3.1.1 STC89C52单片机主要特性 3
3.1.2 STC89C52单片机的中断系统 6
3.1.3 单片机最小系统设计 6
3.2数码管显示电路 6
3.3键盘模块设计 7
3.4蜂鸣器模块设计 8
3.5路灯指示电路 8
4.系统软件设计 11
4.1系统软件总体设计 11
4.2程序设计原理 11
5.系统调试 13
5.1硬件调试 13
5.2软件调试 13
5.3调试结果 14
结论 15
参考文献..................................................................................................................................16
致 谢 17
附录 18

1 引言
1.1 目的和意义
随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。
交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术，特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的自动调整。
交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。
城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。
早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。
早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。
20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。

计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。
可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。
交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。
交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。
1.2研究概况和发展趋势
早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。
早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。
20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。
计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。
可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。
交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。
交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。
1.3 本系统主要研究内容
本系统设计制作一个基于单片机的交通灯。能实现以下几种功能：
（1）键盘扫描，通过单片机检测用户按下的是哪个按键并执行相应的功能。
（2）单片机可以控制十字路口的红绿灯并显示倒计时时间。
（3）单片机可以分别设置红黄绿灯的时间。
（4）系统设有紧急按键，按下后十字路口的所有灯皆熄灭，并且驱动蜂鸣器发响。

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2. 总体方案论证与设计
根据所要实现的功能划分，系统一共需要以下几个模块：主控模块、显示模块、按键模块，以下就针对这几个模块的选型和论证进行讨论。
2.1主控模块的选型和论证
方案一：
采用MSP430系列单片机，该单片机是TI公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。其内部集成了很多模拟电路、数字电路和微处理器，提供强大的功能。不过该芯片昂贵不适合一般的设计开发。
方案二
采用51系列的单片机，该单片机是一个高可靠性，超低价，无法解密，高性能的8位单片机，32个IO口，且STC系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。
因此选用方案二中的51系列单片机作为主控芯片。
2.2显示模块的选型和论证
方案一：
采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较合适，如采用在显示数字显得太浪费，且价格也相对较高，所以不用此种作为显示。
方案二：
采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格虽适中，对于显示数字也最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用单片机口线少。
方案三：
采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字，图形，显示多样，清晰可见。
但是由于一般十字路口的交通灯多为数码管显示，因此这里也选取数码管作为显示模块。
因此本设计中采用方案二中的DS1302作为时钟模块。
2.3按键模块的选型和论证
方案一：
采用常见的独立按键输入模式，根据需要一共要用4个按键进行功能输入，而所选用的单片机共有32个IO，IO口比较充足。
方案二：
采用矩阵键盘作为输入，矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组. 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图1所示。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

图2-1矩阵键盘

由于本设计只需少量按键，所以本设计中方案一中的独立按键作为键盘模块。
2.4系统整体设计概述
本系统以单片机为控制核心，对系统进行初始化，主要完成对键盘的响应、数码管显示等功能的控制，起到总控和协调各模块之间工作的作用。

图2-2系统结构框图
本系统结构如图2-1所示，本设计可分为以下模块：单片机主控模块、键盘模块、数码管模块、报警模块、红绿黄灯显示模块。下面对各个模块的设计方案逐一进行论证分析。
3.系统硬件电路设计
3.1主控模块
主控模块模块在整个系统中起着统筹的作用，需要检测键盘，温度传感器等各种参数，同时驱动液晶显示相关参数，在这里我们选用了51系列单片机中的STC89C52单片机作为系统的主控芯片。
51系列单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以51 为内核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。
STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。
STC89C52单片机的基本组成框图见图3-1。

图3-1 STC89C52单片机结构图
3.1.1 STC89C52单片机主要特性
1. 一个8 位的微处理器(CPU)。
2. 片内数据存储器RAM(128B)，用以存放可以读／写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。
3. 片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。
4. 四个8 位并行I／O 接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。
5. 两个定时器／计数器，每个定时器／计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。
6. 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。
7. 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I／O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。
8. 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。

图3-2 STC89C52单片机管脚图
部分引脚说明：
1. 时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：
XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。
要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。
XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
2. 控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：
RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将＋5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丢失，从而合复位后能继续正常运行。
ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。
ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。
此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。
PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROM／ROM 中的指令码。PSEN 端同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。
EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V～21V)的输入端。
3. 输入/输出端口P0/P1/P2/P3：
P0口(P0.0～P0.7，39~32 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。
P1口(P1.0～P1.7，1~8 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。
P2口(P2.0～P2.7，21~28 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。
P3口(P3.0～P3.7，10~17 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：
P3.0：(RXD)串行数据接收。
P3.1：(RXD)串行数据发送。
P3.2：(INT0#)外部中断0输入。
P3.3：(INT1#)外部中断1输入。
P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。
P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。
P3.6：(WR#)外部数据存储器写选通。
P3.7：(RD#)外部数据存储器读选通。
3.1.2 STC89C52单片机的中断系统
STC89C52系列单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断服务嵌套。由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。
在单片机应用系统中，常常会有定时控制需求，如定时输出、定时检测、定时扫描等；也经常要对外部事件进行计数。STC89C52单片机内集成有两个可编程的定时/计数器：T0和T1，它们既可以工作于定时模式，也可以工作于外部事件计数模式，此外，T1还可以作为串行口的波特率发生器。
3.1.3 单片机最小系统设计

图3-3 单片机最小系统电路图
图3-3为单片机最小系统电路图，单片机最小系统有单片机、时钟电路、复位电路组成，时钟电路选用了12MHZ的晶振提供时钟，作用为给单片机提供一个时间基准，其中执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期，单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态。图中10K排阻为P0口的上拉电阻，由于P0口跟其他IO结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用。
3.2数码管显示电路
数码管工作原理 这里我们介绍8段数码管的工作原理。8段数码管又称为8字型数码管，分为8段：A、B、C、D、E、F、G、DP。其中，DP为小数点。数码管常用的有10根管脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共段，两根之间相互连通。
发光二极管的发光原理，我们已经介绍过了，同理，8段LED数码管，则是在一定形状的绝缘材料上，利用不同形状点划的发光二极管组合，排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示0-9的数字。
从电路上，按数码管的接法不同又分为共阴和共阳两种。图3-4是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。

图3-4共阴和共阳极数码管的内部电路
在设计时，为了系统图的美观，我采用了6个数码管组成的数码管组，采用共阳极接法。如图3-5。

图3-5 系统数码管电路
3.3键盘模块设计

图3-6键盘模块电路图
本按键模块使用的是多位独立按键，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。其中这四个按键分别代表功能按键，增加按键，减少按键，紧急情况按键，紧急情况按下的时候十字路口的交通灯皆会灭，用户可以通过这些按键来设置交通灯的时间和进行紧急情况使用。
3.4蜂鸣器模块设计
本设计还带有紧急情况按键功能，用户可以通过按键进入紧急情况，当按键按下的