十字路口交通信号灯的控制系统设计.docx

南 昌 工 程 学 院
毕 业 设 计 (论 文)

08级机械与电气工程 学院 电气工程及其自动化 专业

毕业设计（论文）题目十字路口交通信号灯的控制系统设计
（硬件部分）

学生姓名
班 级 2班

学 号

指导教师

完成日期 2012 年 6 月 10 日

十字路口交通信号灯控制系统设计
（硬件部分）
The crossing traffic light control system design
（Hardware）

总计 毕业设计论文 页

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摘 要

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，缓解城市的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此，本文就是利用自动控制技术和单片机技术设计一个十字路口交通信号灯的自动控制系统，该路口由南北、东西两条通行干道相交而成，四个路口各设一组红、黄、绿三色信号灯，用两位数码管作倒计时显示时间实现的控制。主要以单片机AT89C51控制器为主，一是控制74LS164移位寄存器扩展接口，实现8位共阳LED数码管作静态显示；二是控制四组红、黄、绿三色信号灯作交通灯；三是控制键盘电路，用于设置交通时间以及遇到交通事故时人为控制通行方向。实验证明，用此方案设计的交通灯控制系统，性能稳定，功能完善，实用性强，值得推广。

关键词：控制器；移位寄存器；交通信号灯；LED显示时间；

ABSTRACT

Along with social economy's development, the municipal transportation question arouses people's interest more and more. The person, the vehicle, road three relations' coordinated, which has become one which of important questions the traffic control department needs to solve. The municipal transportation control system is uses in the municipal transportation data monitor, the street-traffic control lights control and the transportation unblocking computer integrated manage system, which is in the modern municipal transportation monitoring command system the most important constituent. How to use appropriate control method, ease traffic congestion in cities, more and more become transportation management and the city's planning department of the main problems to be solved. Therefore, this article is to use automatic control technology and single chip microcomputer design a crossing traffic lights of the automatic control system. The intersection of two things and traffic trunk road intersection and become, four intersection each have a set of group red, yellow, green three color lights, with two digital tubing as countdown show time to achieve control.
AT89C51 Control system, One is the control 74 LS164 shift register expand interface, realize a total of eight Yang LED digital tubing as static display; Two is to control the four groups of red, yellow, and green colors for traffic lights; Three is to control the keyboard circuit, used to set transportation time and meet the traffic accident artificial traffic control direction. The experiment results showed that the scheme design of traffic light control system, stable performance, complete functions, practical strong, is worthy to be popularized.
Key word: Control system; Shift register; The traffic lights; LED display time;
目 录
摘 要 3
ABSTRACT 4
第一章 引言 6
1.1交通信号灯控制系统现状和前景概述 6
1.2交通信号灯控制系统研究的目的和意义 7
第二章 交通信号灯的控制电路设计方案比较和论证 8
2.1 主控制器电路模块方案 8
2.2 LED显示电路模块方案 9
2.3 红、黄、绿三色信号灯电路方案 11
2.4 键盘电路的方案 12
2.5电源电路的方案 12
第三章 交通信号灯的控制电路的硬件设计 17
3.1 交通信号灯的控制电路的结构 17
3.2各主要单元电路模块的设计及说明 17
3.2.1 89C51单片机控制器电路的设计 17
3.2.2 74LS64移位寄存器扩展LED显示电路模块的设计 21
3.2.3 红、黄、绿三色信号灯电路模块的设计 22
3.2.4 键盘电路的模块电路的设计 24
3.2.5 电源电路的设计 25
第四章 调试步骤 26
4.1. 调试过程和结果 26
总 结 27
参考文献 28
致 谢 29
附页： 30
第一章 引言
1.1交通信号灯控制系统现状和前景概述
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。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。第一次对交叉路口交通的控制尝试起源于1868年英国伦敦，当时由警察手工轮流变换指挥用的旗帜，当时的控制指令可以称之为旗语。这种控制方式在1908年传到美国纽约，并且很快在全国传播开来。城市电气化的发展导致了1914年在俄亥俄州的克利夫兰市出现了第一台电力驱动的交通信号灯。世界上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。1919年，纽约市开始把手动指挥的旗子换成了电机控制的信号灯。在1923年，Garrett Morgan申请专利Morgan交通信号灯，后来卖给了通用电气公司。到1932年，在布鲁克林市Parkside大街上的最后一个手动控制的旗子也被电机控制信号灯取代。从1920年到1970年近50年的时间里，电机驱动的信号灯占据了交通信号控制系统的主要市场。周期长度是通过安装合适的齿轮来进行保证的，通过在一个计时转盘上插入销子来把周期分成不同的时间间隔。为了适应交通变化的需要，这种划分时间的方式被称为“三个时段”划分法。同时为了保证相邻的交叉口能够在一个交通信号系统中以预计的信号周期、绿信比和相位差下工作，一种“七条线缆”连接的方式发展起来，以使相邻的电机驱动的信号灯能够在一种系统控制的方式下工作，即使现在我们步入了新千年，在一些城市的某些地方仍然使用这种基于三个时段划分周期的信号控制器和七条线缆连接的系统。甚至，大部分在电机驱动的系统中发展起来的术语到现在仍然在现代的微处理控制器中使用。在20世纪60年代早期，计算机被引进到交通信号控制系统中。在1963年，第一个计算机控制的交通信号控制系统在加拿大的多伦多市安装，到20世纪70年代，微处理器被普遍使用，相应的硬件和软件也开始起步。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。现在，交通控制更是趋向智能化方向发展，相信我们将来的交通一定是畅通而便捷的。
1.2交通信号灯控制系统研究的目的和意义
交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO，不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。因此，随着汽车工业的不断发展，城市人口的日益壮大，出现了交通阻塞，交通事故发生频率高，交通环境污染，交通治安混乱等一系列问题，严重影响着当前社会经济的发展和人民的生活，进一步加强对十字路口交通信号灯的控制是非常必要的。
随着社会的发展和进步，路上的车辆越来越多，而道路建设往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，出现交通混乱。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。我国汽车工业正处在起步阶段，限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修路，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。
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适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，安全和时间的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们的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道路的延伸。研究城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值，解决了城市交通拥挤问题，提高了城市交通的效率，适应未来的城市交通的发展，从长远来看该研究具有巨大的现实意义。
第二章 交通信号灯的控制电路设计方案比较和论证
在交通信号灯的控制系统中，根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC或微机原理或单片机来实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口4相位交通灯为例优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡，具有控制精度高，操作简单，以及性价比高等特点。因此，该选题要求采用单片机技术来实现模拟十字路口交通信号灯的控制是完全可行的。总电路方框图如图2-1所示，由单片机控制电路、驱动电路、LED显示电路、发光二极管指示灯电路、键盘电路、电源电路等模块组成。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机为主体，电源电路输出电流电压到单片机，复位电路为系统信号复位，内部定时器、计数器控制单片机电路，并接受单片机发出的信号。单片机发出的信号通过驱动电路分别输送到双色显示电路、LED显示电路，显示电路接受信号，显示数字、颜色。通过键盘电路可以将给定的信号输送至单片机电路。
内部秒定时器、计数器
复位电路
电源电路
单片机电路
驱动电路
双色显示电路
驱动电路
驱动电路
LED显示电路
键盘电路

图2-1 电路方框图
2.1 主控制器电路模块方案
方案一：数字逻辑电路控制方案
数字逻辑电路控制系统主要由各种逻辑元件构成，包括计数器、触发器以及各种门电路。为实现交通灯的控制，我们用基本的555芯片（利用单稳态实现定时），计数芯片（如74LS163，74LS160等）完成计时功能，控制电路芯片，译码芯片（如74LS138）等基本芯片，结合电阻，电容等基本元件，通过逻辑电路实现交通灯的功能。
方案二：继电器接触器控制方案
继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。
方案三：单片机系统控制方案
单片机是核心控制元件，包括微处理器、存储器、输入输出口及其他功能部件。它们通过地址总线、数据总线和控制总线连接起来。通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。硬件电路较为简单，主要用软件来控制，控制方式灵活多样，并可利用中断等方式通过程序方便的实现调时。使用单片可编程来实现交通灯的功能。利用单片机的外围扩展，显示电路构成基本硬件。然后编程实现对定时、控制、显示电路的控制，然后调试，完成设计。
优缺点对比：
方案一：这种系统硬件设计思路非常简单，造价低廉，元件少，体积小，稳定性好，可靠性和性价比都很高。难点在于电路的连线复杂，维护起来比较困难。
方案二：这种系统也具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，但这种控制系统的缺点是采用固定接线方式，接线多，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。
方案三: 它的特点是用软件设计替代了硬件设计，提高了系统的可靠性和系统的性价比。但在设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难，维修亦较难。
结合实际情况，根据毕业设计任务书的要求，我们经过讨论和论证，最终一致选用第三种方案的设计思路对交通灯控制系统进行设计。
2.2 LED显示电路模块方案
方案一：动态扫描显示电路方案
数字动态扫描显示电路是由固定频率的信号做为节拍发生起器的时钟，由它控制节拍发生器各引脚的输出，使各引脚不断的输出高电平影响各个数码管显示，只有在和译码器相连的引脚输出高电平时数码管发光，否则不发光。当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时，感觉不到数码管的闪烁，从而保护了数码管并且不会影响数据显示。
为了避免出现闪烁现象，扫描频率不能太低，人眼的临界闪烁是50HZ，一般可将显示位数乘以50HZ，作为节拍发生器的时钟。这里选用555震荡器构成的多谐振荡器输出的脉冲作为节拍发生器的时钟。这里显示的是四位数字，所以本设计中取振荡器频率为280HZ。
节拍发生器电路是一个具有译码输出端的计数器。它的各输出端轮流输出高电平，这样可控制与计数器相连的译码器输出，从而控制数码管动态显示数据.具体电路由具有10个译码输出端的计数器4017实现，这里只显示4位数字，所以4017的前四个输出端，由清零端MR控制Q1~Q3四个引脚轮流的输出高电平。
当计数器计到四时，Q4引脚输出高电平使 MR为高电平，计数器清零。如此循环，可驱动数码管轮流发光显示相应的数字。
译码器使用的是共阴极译码器74SL48：将Q0~Q3分别接到四个译码器的BI消隐输入端，当哪一个引脚的输出为高电平时，该位译码器为高电平，可以驱动相应数码管发光显示。其它的则暂时不发光（注意用共阴极译码管时要接要接与之相对应的电阻，此处用RPACK7）。
方案二：静态显示电路方案
静态显示电路主要包括计数器、显示译码器、扫描电路构成。每个方向需要2个信号灯，所以用2进制计数器即可，计数器从0到1循环计数。
然后扫描电路根据每个时刻的计数值计数值，输出相应的数码管选择控制。当扫描到一个数码管，根据此时需要的数值，利用显示译码器翻译为相应数码管显示编码即可。
以秒为计时单位，采用8个LED数码显示器（每个方向2个）递减计数作定时显示，在递减计数回零瞬间完成换灯操作。
优缺点对比：
方案一它的优点是能显著降低LED功耗，能大大减少LED外部引线，能采用BCD码多路输出方式。其缺点是需要不断刷新、扫描，占用CPU时间过多，影响显示速度，稳定性能不够。适用于使用了多个LED的情况下或采用电池供电的便携式数字仪表。
方案二虽然它的硬件较动态复杂，I/O接口多，但它的优点是不需要控制电路，显示程序简单，显示亮度高，显示效果稳定，占用CPU时间少，适用于稳定性要求高的信号灯控制系统。
经论证，本次设计采用方案二。
2.3 红、黄、绿三色信号灯电路方案
方案一：普通发光二极管电路方案
如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的。如图2-2所示：
图2-2 信号灯电路图方案二：双色信号灯电路方案。
采用4个红、黄、绿三色信号灯（每个方向1个）指示交通通行状态；双色LED是由一个红灯LED管芯和一个绿色LED管芯封装在一起，公用负端。当红色端加高电平，绿色正端加低电平，红灯亮；当红色端加低电平，绿色正端加高电平，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。
优缺点对比：
方案一采用普通发光二极管其设计电路原理简单，抗冲击能力强 ，线路复杂，二极管使用多，LED过多不直观，造价高。
方案二采用双色双色信号灯电路形象直观，线路简洁明了，更方便控制。
经过论证，本次设计采用第二种方案。
2.4 键盘电路的方案

2-3 按键电路
2.5电源电路的方案
方案一：线性电源电路
线性电源电路基本上由四部分组成：变压器、二极管或桥堆、电容或电感、三端稳压块，他们之间的组合则可构成一个最基本的，也是最可靠的线性电源电路。其中变压器降压，二极管或桥堆整流，电容或电感滤波，三端稳压块稳压。
给变压器一次绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在二次绕组上则有电压输出。变压器选择合适变比。整流电路的作用为将经变压器降压后的交变电压通过二极管变为单向的脉动电压。为考虑到成本与性能，我们一般采用桥式整流的方式。它相较半波、全波整流而言，具有二极管反向耐压值较小，通过二极管的电流较小，同时能量的利用率高等特点。
通过整流后，电源的脉动成分较大。滤波电路的作用就是降低整流后输出电压中的脉动成分的同时，尽量保持其中的直流成分。一般典型而有效的滤波电路就是电容滤波、电感滤波，利用它们在整流二极管导通时储存一部分能量，然后再释放出来，滤去电源中的脉动成分，从而得到比较平滑的电源波形。若将电容与电感合理的安排在电路中，则可以有效的降低交流成分，保持直流成分。
方案二：开关电源电路
开关电源电路由输入电磁干扰滤波电路、整流电路、软启动电路、DC-DC转换电路、次级滤波电路构成。
整流电路的选择比较
第三章 交通信号灯的控制电路的硬件设计
3.1 交通信号灯的控制电路的结构
如图附图1所示，由单片机控制电路、驱动电路、LED显示电路、发光二极管指示灯电路、键盘电路、电源电路等模块组成。
电源电路输出电流电压到单片机，复位电路为系统信号复位，内部定时器、计数器控制单片机电路，并接受单片机发出的信号。通过键盘电路可以将给定的信号输送至单片机电路。单片机发出的信号通过驱动电路分别输送到双色显示电路、LED显示电路，显示电路接受信号，显示数字、颜色。
3.2各主要单元电路模块的设计及说明
1、89C51单片机包含中央处理器、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统的几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在加以说明：
（1）中央处理器（CPU）：
中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部分，是八位数据的处理器，能处理八位二进制数据或者代码，CPU负责控制，指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
（2）数据存储器（RAM）：
89C51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，他们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据。所以，用户使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户的定义的字形表。
（3）定时/计数器（ROM）：
89C51单片机有两个16位定时器/计数器，通过对机器周期计数达到定时的目的，通过对外部事件计数达到计数之目的。
（4）并行输入输出（I/O）口：
89C51共有四组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。数据在整个传输过程中，并排前进，有多少个数据线就能同时传送多少位数据。并行通信的特点是硬件连线多、传送速率高，一般适用于近距离、高速率的通信领域。如：计算机主板与硬盘、打印机等之间的通信。
（5）双全双工串行口：
89C51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。数据在传输过程中一位一位的串行传输，硬件连接比较简单。最简单时只需3根连线即可实现串行通信，相对于并行通信来讲其通信速率低，一般适用于短距离数据通信。在单片机应用系统中常采用串行通信方式。
（6）程序存储器（ROM）：
程序存储器是用来存放已调试完成的程序和常数表格的。为了提高系统的可靠性，应用程序通常固化在片内ROM中。CPU设置了一个专用寄存器——程序计数器PC，用以存放将要执行的指令地址。
PC的长度为16位，故程序存储器的寻址范围为64KB（0000H～FFFFH），也就是说，51系列单片机具有64KB的程序存储器空间。
2、89C51的引脚说明
89C51单片机用40PIN封装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：

图2.2 89C51 系列单片机引脚
电源引脚(40、20)：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中40引脚接正极(VCC)，20引脚接负极(VSS)或地(GND)。
振荡电路(18、19)：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。这两个脚的定义是：
(1)时钟电路引脚(XTAL2)（18脚)：该脚的接外部晶体和微调电容的一段，在89C51内部，它是振荡电路反相放大器的输出端。振荡电路的频率就是固有频率。若采用外部时钟电路，该引脚输入外部脉冲。
(2)时钟电路引脚(XTEL1)（19脚）：该脚的接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该脚必须接地。
复位引脚（RESET）（9脚）：它是复位信号输入端，高电平有效，当此脚保持两个机器周期，即24个时钟振荡周期为高电平时，即可完成复位操作。他还具有第二功能，即当主电源VCC发生故障，降低到低电平规定值时，将5V电源自动接入RST端，为单片机提供备用电源。以保证信息不丢失，电源恢复后，能够正常工作。
EA/VPP引脚(31脚)：访问程序存储器的控制信号端(又：外部存储器地址允许输入端)。
(1)当EA引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM(CPU读取内部程序存储器<ROM>)，并执行内部程序存储器中的指令。
(2)当EA脚接低电平时，CPU只访问外部EPROM，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。
(3)此脚还具有第二功能VPP：是对89C51片内同化编程时，作为施加较高编程电压输入端。即：89C51烧写内部EPROM时，利用此脚输入21 V的烧写电压。
PSEN(29脚):程序存储器允许输入端(也叫:外部程序存储器读选通信号端):在读外部ROM时PSEN低电平有效，实现外部ROM单元的读操作：
(1)内部ROM读取时，PSEN不动作；
(2)外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；
(3)外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；
(4)外接ROM时，和ROM的OE脚相接。
要检查一个89C51小系统上电后能否正确到EPROM中读取指令，可用示波器看PSEN端有无脉冲，如有，说明基本工作正常。
ALE(30脚):是地址锁存控制信号端。89C51正常工作时，ALE脚不断向外输出正脉冲信号，频率为振荡器频率fosc的六分之一，CPU访问外部数据存储器时，ALE作为锁存8位地址的控制信号。平时不访问外部存储器时，ALE以六分之一的振荡频率固定输出正脉冲。因此，ALE信号可以作为对外输出时钟或定时信号。
另外还有四个8位并行通讯端口：
P0口：8位双向I/O端口(39—32引脚)。即：P0.0—P0.7
P1口：8位双向I/O端口(1—8引脚)。即：P1.0—P1.7
P2口：8位双向I/O端口(21—28引脚)。即：P2.0—P2.7
P3口：8位双向I/O端口(10—17引脚)。即：P3.0—P3.7
P0口有三个功能：
(1)外部扩展存储器时，当做数据总线。
(2)外部扩展存储器时，当做地址总线。
(3)不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能:
(1)扩展外部存储器时，当作地址总线使用；
(2)做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。
P3口有两个功能：
作为I/O使用外(其内部有上拉电阻)，还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。
有内部EPROM的单片机芯片，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的。即：
编程电压(25V)：31脚(EA/Vpp)
编程脉冲：30脚(ALE/PROG)
3.2.2 74LS64移位寄存器扩展LED显示电路模块的设计
显示器是最常用的输出设备。LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，发光响应时间极短，光色纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定可靠，重量轻，体积小，成本低等一系列特性。在单片机系统应用中，LED连接方式有共阳极和共阴极两种，本设计采用的是共阴极连接方式，即公共端接地。本设计是两位的双色LED显示,采取静态扫描方式。
显示器的工作方式有两种：动态扫描和静态扫描。动态扫描方式的特点：将所有位数码管的段选线并联，由为选线控制是哪一位数码管有效，显示亮的数码管。静态扫描方式的特点是每个数码管的段选接一个8位数据线来保持显示的字码，每当送入一个字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。考虑到良好监测和控制的目的，本次设计采用静态扫描方式。
静态扫描，一个七段的LED就需占用一个I/O接口，LED太多I/O端口不够用，因此用在LED使用不多的情况下，如果想要静态显示较多的LED需要一些串行输入并行输出的芯片，比如：74LS64、74HC595。本次设计使用8个LED，74LS64移位寄存器能扩展I/O端口。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。S（第8脚）为时钟输入端，每一个时钟信号的上升沿加到S端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。QA…QH（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的a···dp各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出。
静态显示电路由8个共阴极LED数码管和8个74LS164构成。其连线如下图3-1：
3.2.3 红、黄、绿三色信号灯电路模块的设计

3.2.4 键盘电路的模块电路的设计
将I/O口线的一部分作为行线，另一部分作为列线，按键设置在行线和列线的交叉点上，这就构成了矩阵式键盘。矩阵式键盘中按键的数量可达行线数n乘以列线数m，如本设计中2行、2列的矩阵键盘的按键数可以达到4个。
矩阵式键盘的工作原理：
从上电路原理图图可见，4条I／O口线分为2条行线和2条列线，按键设置在行线和列线交点上，即按键开关的两端分别接在行线和列线上。行线通过一个电阻接到+5V电源上，在没有键按下时，行线处于高电平状态。
判断是否有键按下的方法分下面几步：
(1) 向所有的列线I／O口输出低电平后，将行线的电平状态读人累加器A中。若无键下，行线仍保持高电平状态，若有键按下，行线至少应有一条为低电平。
(2) 确定有键按下后，求键码。
求键码的方法是：依次从一条列线上输出低电平，然后检查各行线的状态，若全为高电平，说明该闭合键不在该列，若不全为1，则说明闭合键在该列，且在变为低电平的行的交点上。
在键盘处理程序中，每个键都被赋予了一个键号，由从列线I／O口输出的数据和从行线I／O口读入的数据可以求出闭合键的键号。
电源电路

第四章 调试步骤4.1. 调试过程和结果
采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，提高调试效率。
1. 测试仪器
34401A———6 1/2数字万压表
DS-1150—150MHZ———数字示波器
2. 硬件调试
（1）电源模块：该模块是整个系统的关键部分，主要为模拟电路。关键是测试输出电压+5V，+12V，+15V是否稳定。测试中通过用电压表测量后数据准确无误而且没有波动。
（2）光电隔离转换模块：这里主要是将外部高电压的变化通过转换成低电压（0～5V）变化来达到采样的目的。在不与ADS7824芯片接通的情况下用电压表测量光电隔离转换器输入输出电压，发现输入端位380V，输出段也在0～5V的范围之内，所以这一部分调试合格。
（3）PWM波模块：PWM波频率是否达到设计要求，输出波形是否正常这都是非常重要的。在检测中我们用到了DS-1150—150MHZ———数字示波器来进行测量，测量结果为≈20KHZ，在允许误差之内。
3.软硬件联合调试
采用KEIL在线仿真器进行仿真。由于元件精度的影响以及电子开关上的压降，输出的频率与输入电压并非成准确的线性关系。需用软件进行线性化处理。系统程序采用分段y=k(x-b)处理，实现较高精度。

此次设计交通灯控制系统设计是一次重要的理论联系实际的实践活动。在实践过程中学会了如何进行设计、如何将书本知识和实际生活联系在一起并且还要了解当前这个学科发展的概况。
本次课设的主要任务是利用自动控制技术和单片机技术制作一个十字路口交通信号灯的自动控制系统。设计部分为硬件部分，最终达到设计的要求和目的。此次设计进一步了解了电力电子技术，并对单片机的外围电路有了更深的认识。两个月时间，是一个追求更高更深更广的知识的探索过程，是大学里所学知识的一次代表大会。不仅仅锻炼了理论方面的能力，更锻炼了动手方面的能力，是一次理论联系实践的难得的机会，正所谓在理论中实践，再实践中理论。掌握这种如何发现问题并解决问题能力人最终能使自身产生质的飞跃。1、Data Sheet，8-bit Microcontroller With 8K Bytes Flash AT89C52。
2、全国大学生电子设计竟赛训练教程，电子工业出版社，2005年。
3、基于单片机的智能系统设计与实现，电子工业出版社，2005年。
4、何立民，MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术， 北京航空航天大学出版社，2001。
5、李建忠，单片机原理及应用，西安电子科技大学出版社，2002。
6、单片机实验与实践，周立功等，北京航空航天大学出版社，2004年
致 谢

本文从拟定题目到定稿，历时数周。在毕业论文即将完成之际，我想向曾经给我帮助和支持的人们表示衷心的感谢。
首先要向我的指导老师朱杰斌老师致以诚挚的谢意，在论文的写作过程中朱老师给了我许许多多的帮助和关怀。朱老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人，在朱老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时也获得了实践锻炼的机会。他严谨的治学态度、对我的严格要求以及为人处世的坦荡将使我终身受益。
有时候也会遇到一些设计中的小问题，总会拿来请教自己周围的同学，他们也很热情地给与我很大的帮助，这样既解决了问题又节省了时间。还有很多我无法一一列举姓名的师长和友人给了我指导和帮助，在此衷心的表示感谢，他们的名字我一直铭记在心！
惶恐地承受诸位的恩惠，唯有乘风破浪，展翅高飞以求不负众望。
附页：
电路图