一、设计基本步骤
单片机控制系统设计时，先进行选题；从系统设计思路出发，给出系统设计原理图，从而分别确定软硬件系统设计方案；根据硬件设计方案，进行电路元件的选择、电器设备型号确定、购买，绘制电路原理图，完成PCB板制作，搭建硬件电路；根据软件设计方案，对流程图进行分析，进行程序代码或监控界面组态等，完成代码封装或软。
件界面打包；进行软硬件系统的综合调试，从程序编译、下载，到程序分步、按功能调。
试，到总体调试，修改，完成整个课题的设计过程；最后根据毕业设计的格式要求和完成过程进行报告书编辑。
二、单片机控制系统设计实例--"复杂路口智能交通信号灯的应用设计（以扬州文昌阁路口为例）"
（一）确定课题选题
城市交通信号灯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，与人们的日常生活密切相关。近年来，江苏扬州在经济、旅游、教育等方面获得快速发展，车流的增加量每年翻倍增加，随着古城扬州的交通大大改善，文昌阁地区的中心枢纽作用凸显。
该路口每天的车流量、人流量是最多的，并且由于其环形交通地理位置的影响，交通控。制复杂。
研究对象选择上，以扬州市最繁华、交通最复杂的文昌阁交叉路口为控制对象，从课题设计与实现凸显了可操作性、实用性和真实性。
设计培养目标上，通过课题设计，可实现从《基本电路的设计与测量调试》、《电子产品的设计与调试》等专业基础课程，到《单片机应用产品的设计与制作》，并可扩展到《PLC控制系统安装与运行》、《嵌入式系统》等专业主干课程，将充分体现本专业人才培养的知识、能力、素质目标，突出以"职业能力为基础，强化职业素质，突出核心能力等"专业能力、方法能力、社会能力、创新能力等综合职业能力的人才培养目标。
知识与技术应用上，由于计算机技术、自动控制技术等的不断发展，新型电子元器件的不断涌现，特别是单片机、可编程控制器PLC等微控制器技术在生产、生活中的应用非常广泛，使得城市交通的智能控制有了良好的技术基础，各种交通方案实现的可能性大大提高。
主观能动性上，学生通过将近三年的专业学习，对电子设计与调试技术、单片机技术、编程语言等有着深厚的学习兴趣和钻研劲头。
综合以上内容，确定主选题为"复杂路口智能交通信号灯的应用设计",副选题为"以扬州文昌阁路口为例".
（二）确定控制方案
基于系统升级和应用，遵从模块化和子模块化的设计原则。控制对象为扬州文昌阁路口交通灯实体，控制器采用AT89S51CPU单片机系统，两者之间通过板路上的排针/排孔实现线路连接。设计如图3. 11所示原理图。
在控制对象模块上，以子模块形式设计了车行每个方向的左拐、右拐、直行红绿黄。
交通信号灯，和人行通道上的红、黄、绿交通信号灯和提醒蜂鸣器等。可以通过排针与排孔与扬州文昌阁交叉路口控制对象连接。
在控制器模块上，以子模块形式设计了AT89S51CPU的单片机控制器，实现交通灯控制功能； ISP 接口，与上位机实现通信的接口，根据交通控制要求进行程序在线下装、调试等；设计了液晶显示器，可以根据当前交通控制状态显示相关信息； PS2 键盘接口，功能扩展使用（在线调整系统参数等）。
在硬件系统设计过程中，以"控制可靠、稳定、灵活、可扩展等"为设计原则，基于模块化设计总思路，依据图3. 11原理图，确定硬件设计方案。
以扬州文昌阁路口为原型，设计文昌路口硬件电路：东西向文昌路与南北向汶河路交汇中心为文昌阁，设计六车道机动车行道和人行道，为保证系统后续扩展的功能，以排针/排孔形式设计人行道交通信号灯8组和车行道交通信号灯8组电路；为保证系统正常工作，设计冗余双电源电路；为实现按照控制要求实现信号灯颜色转换，设计信号灯驱动电路；为实现系统后期应用的扩展功能，设计通信接口电路。
以微控制器为核心，设计文昌阁路口信号灯控制电路：采用应用范围广、性价比高的微处理器协调实现文昌阁路口复杂交通信号灯的智能控制，为实现交通灯信号灯当前状态实时显示，设计液晶显示电路；为实现与上位机的通信、智能控制和功能扩展等，设计了按钮、USB接口和PS/2 键盘接口，可以根据该路口车与人流量、高峰与平稳阶段、或者节假日和日常时间等在线或离线修改交通信号灯的控制参数，及时疏导交通，保证该路口交通的畅通（扩展功能）。
硬件系统整体结构设计使控制对象与控制器分开，接口器件等采用排针、排孔方式，针对文昌阁路口的复杂交通控制系統，不仅可以采用以单片机为微处理器的系统控制实现，也可以采用PLC控制器等实现，这样的硬件电路设计思路为系统后续功能的扩展和应用奠定了很好的设计基础。
基于硬件系统的模块化思路，确定软件程序设计方案。
以模块化的设计理念，从初始化子程序模块、控制子程序、显示子程序等完成系统流程设计。系统主程序流程如图3.12所示。
左转机动车采用直接左转弯方式，不再绕转盘行驶，车行通道真实可靠地实现了东西、南北方向的左转、右转和直行；放行方式采用了先放左转和右转，再放直行，直行放行期间，同时放行行人和非机动车的方式。
（三）文昌阁路口交通信号灯系统硬件设计与实现
根据系统设计思路及硬件设计方案，本系统实现的是扬州文昌阁复杂路口的交通信号灯的控制，硬件部分由两大模块电路组成：
（1） 文昌阁路口交通信号灯对象电路
包括文昌阁路口基本电路、车行与人行道路信号灯电路、文昌阁路口交通信号灯接口电路。
（2）文昌阁路口交通信号灯控制电路
包括AT89S51单片机基本电路、编程器ISP与PS/2 键盘接口电路、液晶显示器接口电路、文昌阁路口交通信号灯控制总电路。
硬件电路完成的分体电路板如图3. 13所示，两部分电路组装如图3. 14所示。
（四）文昌阁路口交通信号灯系统软件设计与实现
系统程序设计主要是针对单片机的应用，其中包括1/O控制、定时器等的使用。I/ .
控制用于控制交通信号灯、蜂鸣器、液晶显示屏、PS/2扩展键盘、复位按钮等。定时器用于倒计时。这里将程序的设计按照设计流程可分为：主程序、交通信号状态变化、液晶显示器显示。
通过分析硬件电路设计，在系统设计中，AT89S51 单片机与外部I/O设备的主要引脚信号分配如表3.2、表3.3所示。
通过实际路况和交通流量调查分析，汶河路东西方向的车流量、人流量比文昌路南北方向要高，是扬州市人流量最密集的道路，因此在设计中，将汶河路东西方向交通信号放行时间比文昌路南北方向放行时间长5s.
根据系统设计方案、软件设计方案，在软件编程实现前期编制了表3.4和表3.5,将文昌阁路口交通信号灯复杂的16种状态进行汇总。
对该路口的交通信号按照普通模式的16种状态循环运行来设计子程序。根据表3.4汶河路东西方向通车状态和表3.5文昌路南北方向状态，设计文昌阁交通信号灯控制子程序（部分）。
状态1--东西向左右拐弯绿灯，直行红灯，人行红灯，南北向右拐弯绿灯，20s.
如图3. 15所示。
（五）系统综合调试与运行
根据系统设计方案，本系统的调试分为两个部分：文昌阁路口交通信号灯状态控制程序调试，与同步实现文昌阁路口交通信号灯状态实时显示程序调试。
在硬件分体电路与子模块的基础上，进行硬件电路系统组合，完成如图3. 16所示的系统实物。
按照系统设计方案，对文昌阁路口交通信号灯实施普通模式下的16种状态调试，汶河路东西方向和文昌路南北方向各设计了8种工作状态，汶河路主千道路人流量比较密集，在通行时间设计上比文昌路长了5s （部分）。
状态1:
东西向左右拐弯绿灯，直行红灯，人行红灯，南北向右拐弯绿灯，20s,如图3.17所示.
状态16:东西向右拐绿灯，南北向直行黄灯，右拐绿灯，行人红灯，2s,如图3. 18所示.
（六）毕业设计总结。
系统采用单片机为中心控制器，根据文昌阁路口特殊地形及设计原则，在文昌路东西向和汶河路南北向的四个路口分别设置了两组车行信号灯和两组人行信号灯，总计16组信号灯，实现了普通模式下四个车行路口的左转、右转、直行和人行的红、绿、黄信号灯控制及状态实时显示，系统设计侧重了控制稳定性、实用性与可扩展性。
系統稳定性方面，从PCB板制作、技术方案等角度进行设计，电路中各单元间尽量避免相互干扰，PCB布线的规则均考虑了信号稳定因素。电路方案、元件选材都确保了系统数据的稳定、准确。经过方案改进与试验，文昌阁路口的16种普通模式交通信号灯控制准确，在实际操作过程中具有良好的稳定性。
系统实用性方面，由于文昌阁阁楼建筑的高度限制，如果采用在正对面路口架设车行信号的方式，将影响驾驶员对信号灯状态的视野及准确判断，因此在每个车行入口左右两边各设置左转右转直行车行信号灯，提高了车行交通控制的准确性；同时用清晰明了的液晶显示屏实时显示交通灯信号状态，这些设计的实现在很大程度上增加了系统的实用性。
系统扩展性方面，采用功能单元模块化、子模块化、独立接口的开放性设计方案，任何功能单元都可以被独立使用，各电路模块、子模块完全通过排针/排孔/跳线连接，可以与系统外其他电路连接完成功能扩展等。如中心控制器采用性价比较高的AT89S51/S52系列单片机可与文昌阁现有交通控制系统实现兼容，可扩展采用AVR单片机等。系统整体具备较好的可扩展性与较高的系统资源利用率。
随着课题的进一步修改，拟进一步完善：以文昌阁路口为主要网络站点，汶河路、文昌路关键路口为支撑网络站点，通过各站点的车流量，实现模糊预测，动态控制文昌阁路口的交通信号灯状态，形成网络化、智能化的先进控制系统；当今电子技术发展速度很快，芯片更新换代的周期越来越短，因此设计中采用的单片机可能需要更新或升級；系统中元件全部采用分离元件布局，所需要占用PCB板面积较大，相对增加了系统的设计成本，可以将分立元件更换为贴片元件，既能降低系统成本，又能取得更好的。视觉效果。
