1.任务描述
十字路口交通灯是城市的一项重要的设施，它调节着城市的交通运行，使城市运行有规律，使市民的出行更加方便，它是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市均采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示”“红、黄、绿三色信号灯”和“方向指示灯”三部分组成。
本任务是设计一个十字路口交通灯控制器，具体要求如下：
（1）每个街口放置有红、绿、黄三种指示灯。
（2）按常规的交通灯控制规则共有五种通行状态：
初始状态0：东西红灯、南北红灯，持续X0秒。
状态1：南北绿灯通车，东西红灯，持续X1秒。
状态2：南北绿灯闪M次（表示此时可以通行，提醒车辆和行人加快通行）转亮黄灯，持续X2秒，东西仍为红灯。
状态3：东西绿灯通车，南北红灯，持续X3秒。
状态4：东西绿灯闪N次（表示此时可以通行，提醒车辆和行人加快通行）转亮黄灯，持续X4秒，南北仍为红灯。
（3）状态1～状态4循环运行。
（4）当有120、119等特种车辆通过时，系统自动转为特种车放行，其他车辆禁止状态。特种车辆通过Y秒钟后，系统自动恢复。
2.任务分析
本项目主要是运用单片机来设计一个简单的由红、黄、绿三色信号灯组成的十字路口交通灯控制器。按照设计要求，要完成任务，则需要解决以下几个问题：①单片机的选型；②单片机与四个方向红、黄、绿三色信号灯接口电路的构建；③各路口交通灯时间的设定；④单片机与外部中断按键接口电路的构建。
单片机的选型同前面项目。单片机与四个方向红、黄、绿三色信号灯接口电路的构建，主要要看十字路口状态，十字路口详细平面图如图6-6所示。
本项目主要学习单片机外部中断的应用，可以考虑设计一个简单的十字路口交通灯控制器，即只考虑四个方向设红、黄、绿三色信号灯，分别用单片机12个端口连接。
图6-6 十字路口平面图
各路口交通灯时间的设定，首先必须根据交通路况实际规律，通过统计来计算出各路口所需要的合理时间，将固定时间值预先“固化”在单片机中，使城市的交通灯按照规定的时间和顺序运行。当然也可设定为随时可更改，但这样会增加编程的难度，且要提供对应的按键接口电路。
3.任务实施
（1）总体设计。
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图6-7 十字路口交通灯控制器的系统结构图
根据任务分析，十字路口交通灯可采用AT89S51单片机控制，需要12个I／O口控制东西南北四个方向的交通灯（红、黄、绿）。此外，根据设计要求，系统需要1个I／O口接入外部中断按键。系统结构图如图6-7所示。
整个系统工作时，四个方向的交通灯分别由红色、绿色和黄色的LED灯显示。120、119特种车辆的到来作为外部中断处理，系统中由独立按键来模拟。系统中各状态的时间采用软件延时实现。
（2）硬件设计。
实现该任务的硬件电路中包含的主要元器件为：AT89S51 1片，红色、黄色和绿色发光二极管各4个，按键1个，电阻和电容等若干。东西向的三色（红、绿、黄）交通灯分别由P2.0～P2.5控制，南北向的三色交通灯由P0.0～P0.5控制，低电平点亮。模拟特种车的按键接至P3.3口，作为外部中断1处理。十字路口交通灯控制器的原理图如图6-8所示。
图6-8 十字路口交通灯控制器的原理图
（3）软件设计。
①软件流程设计。
十字路口交通灯控制器的软件流程图如图6-9所示。软件采用模块化设计方法，模块说明如下：主程序模块、中断初始化模块、分别实现交通灯的状态0～状态4的5个模块、外部中断服务模块、软件延时模块等。
图6-9 十字路口交通灯控制器的软件流程图
②源程序如下：
（4）虚拟仿真。
十字路口交通灯控制器的Proteus仿真硬件电路图如图6-10所示，在Keil μVision3与Proteus环境下完成仿真调试。观察调试结果如下：12只LED灯分成东西向和南北向两组，各组指示灯均由两只相向的红色、黄色、绿色LED组成。无急救车到来时，交通灯按照正常规律进行切换与显示；有急救车到达时，东西向和南北向两组交通信号灯全变为红色，让急救车优先通过，其他车辆禁行。急救车辆通过Y秒钟后，系统自动恢复。调试结果若不符合设计要求，对硬件电路和软件进行检查重复调试。
图6-12 十字路口交通灯控制器的Proteus仿真硬件电路图
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