【正文】 第1部分 方案選擇及總體設(shè)計1．1方案選擇能實現(xiàn)此電路的方法很多，我們根據(jù)實際將范圍定在以下幾個比較切合我們的方案中。第一種方案：采用數(shù)字電子技術(shù)實現(xiàn)。用基本的555芯片（利用單穩(wěn)態(tài)實現(xiàn)定時），計數(shù)芯片（如74LS163，74LS160等）完成計時功能，控制電路芯片，譯碼芯片（如74LS138）等基本芯片，結(jié)合電阻，電容等基本元件，通過邏輯電路實現(xiàn)交通燈的功能。 第二種方案：使用單片可編程來實現(xiàn)交通燈的功能。利用單片機的外圍擴展，顯示電路構(gòu)成基本硬件。然后編程實現(xiàn)對定時，控制，顯示電路的控制，然后調(diào)試，完成設(shè)計。 結(jié)合實際情況，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，我們經(jīng)過討論和論證，最終一致選用第二種方案的設(shè)計思路對交通燈控制系統(tǒng)進行設(shè)計。1．2 總體設(shè)計1．2．1 系統(tǒng)構(gòu)成整個系統(tǒng)的構(gòu)成以AT89C51單片機為核心，由I/O口擴展，LED數(shù)碼管顯示，緊急情況中斷電路還有復(fù)位電路等組成。單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路等組成。行車方向指示采用LED發(fā)光二極管，可有紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀。行人通行指示也同樣采用LED發(fā)光二極管，用紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀，簡潔明了，更方便控制。按鍵控制臺，可供警察在室內(nèi)實時監(jiān)視交通狀況。通過按鍵可設(shè)置\緊急情況發(fā)生時的交通燈狀態(tài)控制人機界面非常友好。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計時計數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。友好的人機界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)以及豐富的功能是本設(shè)計的亮點。整個硬件電路組成模塊如圖1；AT89C51單片機I/0口擴展LED數(shù)碼管顯示中斷系統(tǒng)復(fù)位電路1．2．1功能概述本設(shè)計由中斷系統(tǒng)、單片機、LED數(shù)碼顯示模塊和按鍵等構(gòu)成。單片機是集成的IC芯片AT89C51單片機，只需根據(jù)實際選型。其他部分都需要根據(jù)應(yīng)用要求和性能指標自行設(shè)計。LED數(shù)碼顯示電路復(fù) 位 電 路AT89C51單 片 機鍵盤控制電路中斷系統(tǒng)電路交通燈控制電路電源穩(wěn)壓控制電路緊急情況處理電路程序運行指示電路硬件總體框圖注：以上電路圖為我們所設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)的具體電路圖，在東南西北四個方向的LED指示燈，代表四個方位的交通信號燈，電路圖的下方是單片機控制系統(tǒng)。復(fù)位，中斷等子電路。本系統(tǒng)交通燈控制規(guī)則如下：(1)每個街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個燈有紅、綠、黃三種顏色。自行車與汽車共用左拐、右拐和直行燈。(2)共有四種通行方式：① 車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。② 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時間為1分鐘。③ 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。④ 東西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行時間為1分鐘。(3)在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。有倒計時時間顯示時間，紅綠燈切換提前5秒亮黃燈提示。若交道口出現(xiàn)緊急情況，交警可手動控制：全路口車輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動狀態(tài)。第2部分 系統(tǒng)硬件設(shè)計2．1交通燈四種通行模式及行車方向指示按交通燈控制規(guī)則，每個街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個燈有紅、綠兩種顏色燈。交道口模型如圖2－1所示：圖2－1 交道口模型圖4組LED數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時間（各路口默認的通行時間均為1分鐘）進行倒計時，并各自進行紅、綠燈顯示，共有四種通行方式，分別為： 圖22 通行方式一示意圖 圖23 通行方式二示意圖圖24 通行方式三示意圖 圖25 通行方式四示意圖通行方式一：倒計時時間為60s（通行時間），紅綠燈狀態(tài)為：南北直行：綠；東西直行：紅；各路右拐：綠；左拐：紅；人行道：南北綠，東西紅；各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。如圖22所示。通行方式二：倒計時時間為60s（通行時間），紅綠燈狀態(tài)為：南北左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖23所示。通行方式三：倒計時時間為60s（通行時間），紅綠燈狀態(tài)為：東西直行：綠，南北直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：東西綠，南北紅，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。如圖24所示。通行方式四：倒計時時間為60s（通行時間），紅綠燈狀態(tài)為：東西左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖25所示。通行默認時間為1分鐘，系統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，一般主干道通行時間要比次干道要長一些，可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整，以提高車輛通過率，緩減交通壓力。在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。本設(shè)計選用LED發(fā)光二極管的紅綠燈狀態(tài)用來指示左右拐、直行等交通指示信息。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。中間綠色燈亮，表示直行，兩邊紅色燈亮，表示禁止通行；左邊綠色燈亮，表示左拐彎；其他紅色燈亮則表示禁止通行和右拐彎。所有指示信息一目了然。2．2各功能模塊硬件設(shè)計及實現(xiàn)2．2．1行人通行指示及其實現(xiàn)人行道的通行采用紅綠兩種顏色的發(fā)光二極管來指示，其中多加了一個黃燈作為提示紅綠轉(zhuǎn)換的提示標志。按規(guī)則，南北車輛直行的時間也就是東西路口行人通行的時間。所以，在該時刻南北直行的指示燈和東西路口人行道上的指示燈的點亮情況應(yīng)該是一致的。在現(xiàn)實中，人行道的狀態(tài)切換是用該信號指示燈閃爍來提示紅綠狀態(tài)的切換的。但是在我們這個設(shè)計中，我們認為直接再加一個黃色信號燈來提示紅綠狀態(tài)的轉(zhuǎn)換效果會更加明了。當然，相應(yīng)地要考慮到單片機的帶載能力了?！?黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國”的抱負到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當他看到紅燈而正要過去時，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了?！?我們的視網(wǎng)膜含有桿狀和三種錐狀感光細胞。桿狀細胞對黃色的光特別敏感，三種錐狀細胞則分別對紅光、綠光及藍光最敏感。由于這種視覺結(jié)構(gòu)，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍色也容易分辨，但因為眼球，對藍光敏感的感光細胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。所以，交通燈用什么顏色也是有大學(xué)問的?！　?．2．2 各路口交通狀態(tài)顯示及其實現(xiàn)在完成倒計時、狀態(tài)信息等的顯示功能上，我們考慮了以下三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只能顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LED 顯示。此顯示方案功能強大，可方便地顯示各種英文字符，漢字，圖形等，而且美觀，但這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作，因此我們不予采用。方案三：采用發(fā)光二極管、數(shù)碼管相結(jié)合的方法?？紤]設(shè)計需要，我們用三個一組的發(fā)光二極管在顯示不同的狀態(tài)，在各個方向分別構(gòu)成交通提示信息，形象逼真；用二位數(shù)碼管用來顯示倒計時時間。綜上所述，方案三既滿足了系統(tǒng)功能要求，又符合人性化設(shè)計標準。權(quán)衡利弊，我們決定采用方案三來實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 2．2．3主次干道獨立控制功能當主干道方向的車輛過多發(fā)生堵塞, 而次干道方向車輛卻很稀少時，正常的信號燈時序?qū)菇煌顩r更加惡化。本設(shè)計添加了主次干道獨立控制功能，交警可按需求控制任意路口的通行，該措施可在一定程度緩減短暫的交通壓力。2．2．4緊急情況處理功能及其實現(xiàn)在十字交通路口常出現(xiàn)的緊急情況，若不及時處理將形成不良隱患。比如，交道口的行人有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對信號燈進行手動控制，按下緊急情況處理鍵