摘要：本課程設計以單片機為核心，設計并實現了一個模擬十字路口交通燈控制系統。通過自主設計電路原理圖、編寫控制程序以及完成硬件搭建，深入理解了單片機在嵌入式系統中的實際應用。

一、設計目標與功能要求

1. 設計目標：模擬一個標準十字路口的交通信號燈控制，具備自動循環、時間可調及緊急手動控制等功能。
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。

• 每個方向設置通行（綠燈）、等待（黃燈）和禁止（紅燈）三種狀態。

• 綠燈與紅燈時間可程序設定，黃燈作為過渡固定為3秒。

• 設置緊急模式按鍵，可手動切換為全方向紅燈，模擬緊急情況。

二、系統總體設計
系統采用模塊化設計思想，主要由以下模塊構成：

1. 控制核心：STC89C52單片機，負責邏輯處理與定時控制。
2. 顯示模塊：采用紅、黃、綠三色LED模擬交通燈，每個方向各一組。
3. 輸入模塊：獨立按鍵用于切換緊急模式及重置系統。
4. 電源模塊：提供穩定的5V直流電源。

三、電路原理圖設計

1. 單片機最小系統：包括晶振電路（12MHz）、復位電路（上電復位與手動復位）以及電源濾波電路。
2. LED驅動電路：采用共陽極接法，單片機I/O口通過限流電阻（220Ω）直接驅動LED。考慮到I/O口驅動能力，若需增加亮度可加入三極管放大電路。
3. 按鍵電路：采用獨立式按鍵，一端接地，另一端接I/O口并上拉至VCC，實現低電平有效檢測。
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，并標注元件參數。

四、程序設計
程序采用C語言在Keil uVision環境下開發，結構清晰，便于維護。

1. 主程序流程：初始化→進入主循環→掃描按鍵→執行正常模式或緊急模式。
2. 定時器應用：使用單片機內部定時器0，工作于模式1（16位定時），產生精確的1秒基準時間。
3. 狀態機設計：將交通燈周期劃分為四個狀態（南北綠/東西紅、南北黃/東西紅、南北紅/東西綠、南北紅/東西黃），通過狀態變量平滑切換。
4. 關鍵代碼片段：
`c
// 定義時間常數（單位：秒）
#define GREEN_TIME 30

#define YELLOW_TIME 3

#define REDTIME (GREENTIME + YELLOWTIME)

// 狀態處理函數示例
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;
// ... 其他狀態類似
}
}
`

1. 按鍵去抖：采用軟件延時法，檢測到按鍵按下后延時10-20ms再次確認，提高穩定性。

五、系統仿真與調試

1. 軟件仿真：使用Proteus軟件加載原理圖與編譯后的HEX文件，進行邏輯功能仿真，驗證時序正確性。
2. 硬件調試：

• 焊接前檢查：核對元器件型號與參數。

• 分模塊測試：先測試最小系統能否正常啟動，再依次測試LED模塊與按鍵模塊。

• 聯調：下載程序后觀察實際運行效果，使用萬用表測量關鍵點電壓，確保電路工作正常。

1. 常見問題與解決：

• LED亮度不足：檢查限流電阻是否過大，或增加驅動電流。

• 程序跑飛：檢查復位電路與晶振連接，優化程序結構。

• 按鍵響應不靈：調整去抖延時參數，檢查硬件連接。

六、設計與擴展思考
通過本次DIY實踐，完整經歷了從理論設計到實物制作的嵌入式系統開發流程。掌握了單片機I/O口控制、定時器編程、狀態機設計以及硬件調試等核心技能。
可能的擴展方向包括：

1. 增加倒計時數碼管顯示，提升信息直觀性。
2. 引入車流量傳感器（如紅外對管），實現自適應配時。
3. 通過無線模塊（如藍牙）與上位機通信，實現遠程監控與參數設置。

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
[1] 胡漢才. 單片機原理及其接口技術[M]. 清華大學出版社.
[2] 郭天祥. 新概念51單片機C語言教程[M]. 電子工業出版社.

（注：本報告為課程設計范例，實際制作中請根據具體元器件與實驗條件進行調整，注意用電安全。）