一、设计目标
本设计旨在实现一个智能化交通红绿灯控制系统，主要特点如下：
1. 实现十字路口主干道与支干道的红绿灯交替控制，确保交通流畅。
2. 系统具备红、黄、绿三色信号灯状态转换及倒计时显示功能，为驾驶员提供明确的行车指示。
3. 通行时间可灵活调整，适应不同交通流量需求，调整范围0-99秒。
4. 集成应急模式，如全红灯或手动控制，应对紧急状况。
二、硬件设计
核心组件
控制器：选用51单片机或PLC（如S7-200），负责整个系统的逻辑控制。
计时模块：采用555定时器，生成精确秒脉冲，为系统提供时间基准。
计数器：使用74LS163/74LS190，实现多进制计数，支持多种信号灯时序需求。
译码显示：74LS47驱动数码管，用于显示倒计时时间。
指示灯驱动：采用LED阵列或光耦隔离电路，确保信号灯稳定工作。
电路设计
以下是一个简单的51单片机控制信号代码片段示例：
```c
void main() {
while(1) {
// 南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯亮
P1 = 0x0C; // 设置红绿灯状态为绿红
countDown(30); // 调用倒计时函数
// 南北方向黄灯闪烁3秒
P1 = 0x0A; // 设置红绿灯状态为黄红
blink(3); // 调用闪烁函数
// 重复以上步骤，切换方向控制...
}
}
```
三、软件设计
状态机控制
定义典型状态：主干道绿灯，支干道红灯（12-50秒）；主干道黄灯闪烁（3-5秒）；支干道绿灯，主干道红灯（9-20秒）；支干道黄灯闪烁（1-3秒）。
状态切换逻辑：通过计时器中断触发，实现不同状态间的转移。
关键功能实现
倒计时显示：通过BCD码转换和数码管动态扫描技术实现。
黄灯闪烁：利用定时器中断控制LED的通断频率，确保在1-2Hz之间。
紧急模式：通过外部中断触发，强制进入全红灯状态，确保交通安全。
四、仿真与测试
测试工具
仿真软件：使用Proteus、Multisim等软件进行系统仿真测试。
硬件调试：通过逻辑分析仪检测信号时序，确保硬件电路正常工作。
典型测试案例
正常周期运行：信号灯按设定时间顺序切换。
黄灯闪烁阶段：指示灯按1Hz频率正常闪烁。
紧急按钮触发：所有方向红灯亮，倒计时暂停。
五、报告撰写要点
1. 需求分析：明确主干道和支干道的通行时间比例及特殊功能需求。
2. 模块化设计：将整个系统划分为控制模块、显示模块、输入模块等，便于系统维护和功能扩展。
3. 时序图/真值表：详细展示信号灯状态与计数器输出的对应关系，便于理解和分析。
4. 误差分析：讨论计时精度偏差的可能原因及改进方案，如使用晶振校准等技术手段提高计时精度。
六、扩展功能建议
1. 分时段调整配时方案，如根据早晚高峰车流量调整信号灯时长。
2. 实现车流量检测自适应控制，根据实时交通情况调整信号灯配时。
3. 加入无线通信模块，实现远程监控和信号控制，提高交通管理效率。
