。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件中央处理器存储器和接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为个单片机控制系统。单片机经过代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。芯片简介芯片简介单片机内部结构是系列单片机的典型产品，我们以这代表性的机型进行系统的讲解。单片机包含中央处理器程序存储器数据存储器定时计数器并行接口串行接口和中断系统等几大单元及数据总线地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明中央处理器中央处理器是整个单片机的核心部件，是位数据宽度的处理器，能处理位二进制数据或代码，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。数据存储器内部有个位用户数据存储单元和个专用寄存器单元，它们是统编址的，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，用户能使用的只有个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图程序存储器共有个位掩膜，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时计数器有两个位的可编程定时计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出口共有组位口或，用于对外部数据的传输。全双工串行口内置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。中断系统具备较完善的中断功能，有两个外中断两个定时计数器中断和个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有级的优先级别选择。时钟电路内置最高频率达的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛结构，另种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为的结构，即普林斯顿结构。的系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品位的系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是系列单片机的内部结构示意图。地址寄存器寄存器程序地址寄存器驱动器锁存器驱动器锁存器暂存器寄存器暂存器锁存器增缓冲器锁存器中断串行口及定时器驱动器驱动器定时控制指令译码器指令寄存器图单片机内部结构的引脚说明系列单片机中的及均采用封装的双列直接结构，右图是它们的引脚配置，个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，组位共个口，中断口线与口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明的引脚说明系列单片机中的及均采用封装的双列直接结构，右图是它们的引脚配置，个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，组位共个口，中断口线与口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明如图图复位信号复用脚，当通电，时钟电路开始工作，在引脚上出现个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器指向，输出口全部为高电平，堆栈指针写入，其它专用寄存器被清。由高电平下降为低电平后，系统即从地址开始执行程序。然而，初始复位不改变包括工作寄存器的状态，的初始态。的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，还是复用脚，掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部的数据不丢失。图当访问外部程序器时，地址锁存的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，端将有个时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作个时钟向外输出。更有个特点，当访问外部程序存储器，会跳过个脉冲。如果单片机是，在编程其间，将用于输入编程脉冲。当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，的位地址数据将出现在和口上，外部程序存储器则把指令数据情况的手动控制装置，以及定时时间的设置等功能，起到了不可或缺的重要作用。我们选用专用键盘显示芯片。芯片价格低廉，内部含有译码器，并具有多种控制指令，如消隐闪烁左移右移段寻址等。在设计时，外围电路简单，只需个电阻和个电容即可解决键盘显示电路的外围设计，如图所示。而配合使用高分辨率液晶显示模块则可以显示各种字符及图形，可与系统直接接口，具有位标准数据总线条控制线及电源线，接口电路简单，控制方便，因内带许多功能，在程序设计时大大缩短了开发时间，系统的性价比高。显示键盘图键盘显示模块在完成倒计时状态信息等的显示功能上，我们考虑了以下三种方案方案完全采用数码管显示。这种方案只能显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。方案二完全采用点阵式显示。此显示方案功能强大，可方便地显示各种英文字符，汉字，图形等，而且美观，但这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作，因此我们不予采用。方案三采用发光管数码管点阵与高分辨率液晶相结合的方法。考虑设计需要，我们用双色发光管排成箭头符号，彩色显示人行道标志，分别构成交通提示信息，形象逼真数码管用来显示倒计时时间而液晶则对交通灯的各种状态信息进行实时显示，方便交警进行实时监测。值得提的是，我们使用的大屏幕液晶显示屏自带中文汉字库，可显示用户自定义的任意符号和图形,并可卷动显示。主要有以下优点工作电压低功耗极低。工作电压仅为,工作电流，特别适用于低功耗仪器仪表中。液晶显示属被动显示,受外界光线干扰小。图形点阵式液晶可显示的信息量大分辨率高。不产生电磁干扰。可靠性高,使用寿命长。此外，它可支持微处理器接口，且接口电路简单，图为与接口界面图。图与接口界面图综上所述，方案三既满足了系统功能要求，又符合人性化设计标准。权衡利弊，我们决定采用方案三来实现系统的显示功能。语音提示及其实现语音提示主要采用专用语音芯片来实现，为单片语音记录回放体化芯片，记录时长为可被划分为小段，每段。其芯片管脚如图所示。当脚为低电平时，进行录音，或为低时进行放音，可进行连续录音，也可进行分段录音。我们可以根据需要更换录音内容。图语音芯片管脚图该芯片精度高抗干扰能力强。即使在环境恶劣的系统中，如马路上也能进行正常的语音输出，保存时间长，保真性好，工作可靠。当行人过马路时温馨提示横穿马路，注意安全，很是人性化。配合使用两种颜色指示放行与禁止，结合软件模拟行走和静止的动画，形象直观，简洁明了。语音提示电路原理图如图所示。图中三个按键分别用来实现录放音功能。图语音提示电路原理图主次干道单独时间设置功能当主干道方向的车辆过多发生堵塞,而次干道方向车辆却很稀少时，正常的信号灯时序将会使交通状况更加恶化。本设计添加了主次干道单独时间设置功能，交警可按需求设置绿灯的点亮时间，该措施可在定程度缓减短暂的交通压力。紧急情况处理功能及其实现在十字交通路口常出现的紧急情况，若不及时处理将形成不良隐患。比如，交道口的行人有紧急情况发生，那么交警可以对信号灯进行手动控制，按下紧急情况处理键，通过软件使所有红灯亮，路口车辆禁行，行人通行，直至紧急情况结束后再转成常规的自动状态。倒计时计数功能及其实现本系统使用数码管完成倒计时显示功能。以南北方向为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减，直减到。然后又从红灯的设置时间最大值往下减，直减到。接下来又显示绿灯时间，如此循环。系统共有个两位的数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。因为四个方向的数码管应该显示同样的内容，所以我们可以把它们同样对待。也就是说各个方向的数码管个位把数码管第二位定义为个位，第位定义为十位用根信号线控制，十位用另根信号线控制。这里采用动态显示。日历及时间显示功能及其实现日历及时间主要采用的是实时时钟电路芯片，它是美国公司推出的种高性能低功耗带的实时时钟电路，具有体积小功耗低接口容易占用的口线少等主要特点，可以对年月日周日时分秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，可作为实时时钟广泛应用于智能化仪器仪表中。图为与单片机的连接图。图与单片机的连接图第章系统软件设计硬件平台结构旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有的菜单界面设计都是需要多重选择判断，用我们平时常用的汇编语言编程是很难实现的，这里我们选用了移值性好结构清晰能进行复杂运算的语言来实现编程。软件总体流程图软件总体设计及流程图见图，主要完成各部分的软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，包括对和液晶的初始化，启动无线接收模块，发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等待外部中断，以及根据所需要的功能进行相应的操作。其流程图如图所示。图软件总体流程图主程序比较简单，初始化完成后，调用按键扫描程序，取得键值，并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有六个基本的子程序供调用，分别对应系统的各种功能状态。分别是语音提示子程序特种车检测子程序紧急状态子程序设置子程序和时钟显示子程序，倒计时子程序等。软件主要子程序流程紧急状态子程序图紧急状态子程序开始初始化键扫描，取键值判断当前状态紧急状态设置状态日历显示倒计时特种车检测语音提示在紧急状态下，只有紧急状态手动控制按键采可以使所有的都被置为红灯，车辆禁行行人通行。紧急情况结束后再转成自动状态。设置状态子程序开始按键是否按下南北红灯时间加返回按键是否按下按键是否按下南北绿灯时间加状态改为正常运行图设置状态子程序在设置状态，按下开始设置南北的红灯时间，按下设置南北的绿灯时间，按下返回正常运行状态。红灯和绿灯的时间最大可以设为，