第四章 相关原理及硬件电路设计
4.1交叉路口及交通信号控制概论
城市交通网络由大量的平面交叉路口汇集而成。我们有必要采取某些控制方法，合理分配通行权才能使车辆安全的通过交叉路口。为保证车辆和行人的通行安全，必须是发生冲突的车流和人流在时间上和空间上分离。我们按道路条数不同把平面交叉路口分为三路交叉、四路交叉、多路交叉，按交叉情况分为T形、Y形、十字形、X形，环形和多路交叉型等。如4.1图所示。
图4.1各种交叉路口的形状
本设计从现实生活考虑，以生活中最常见的十字形交叉口为例进行设计和研究，十字形交叉口简单明了而又极具代表性，能够充分反映现代交通信号自动控制系统在交通运行中的作用和实际效果，它是研究其他类型交通交叉口的一个前提，为进一步的研究做了很好的准备，此路口也在论证上极具说服力，所以我们仅选择十字形交叉口为研究对象。
我国于1988年3月颁布了《中华人民共和国道路交通管理条例》，其内容基本与《协定》相同，规定如下:
指挥灯信号:
绿灯亮，车辆行人通行，但是转弯车辆不得妨碍直行车辆和行人；
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黄灯亮，车辆行人禁止通行，但是已经越过停止线的车辆和已经进入人行横道的行人可以通行；
红灯亮，车辆行人禁止通行； 绿灯箭头亮，该方向行驶车辆通行；
黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。右转弯的车辆和T形路口右边无横道的直行车辆，遇有前款2)、3)项规定时，在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行。前两款规定亦适用于列队行走和赶、骑牲畜的人员。
对人行横道信号灯有如下规定: 绿灯亮，行人通过人行横道；
黄灯闪烁，禁止行人通行，但是已经进入人行横道的可以通过； 红灯亮，禁止行人通过人行横道；
为了便于驾驶员分辨，交通灯装置次序统一规定，即重要的等放在重要的位置，形式为横竖两种。
4.2 LED相关原理
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，它是将电转化为光的固态半导体器件。一端是负极，另一端连接正极的半导体晶片是LED的核心装置，它被环氧树脂封装起来。由一个P型半导体和一个N型半导体组成图3.3“P-N结”的半导体晶片。当有电流通过时，电子被推向P区，在P区里电子和空穴复合，之后就会以光子的形式发光。光的颜色由P-N结的材料决定。
4.3数码管简介
分类：共阴极、共阳极；静态驱动、动态驱动。原理：共阴极：所有二极管的阴极连接到一起，将共阴极接地，当某一字段二极管阳极高电平，相应字段就点亮。共阳极：所有二极管阳极连接到一起，将共阳极接+5V，当某一字段二极管阴极低电平，相应字段就点亮。
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第五章 各模块电路
5.1 主控制系统
主控器采用AT89C51，是美国ATMEL公司生产的一款性能稳定、低功耗的单片机，兼容MCS-51系列产品指令系统及引脚。片内含4KB的可重复编程的Flash程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，使用5（1±20﹪）V的电源电压， 128×8位的内部RAM，4个8位的双向可位寻址的I/O端口，2个16位定时/计数器，6个中断源，AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用，灵活应用于各种控制领域。
单片机的P0口及P2口应用于控制南北及东西方向的通行灯，P1口及P3.0、P3.1、P3.3、P3.4口应用于2组LED计时器的控制，P2.6、P2.7、P1.7分别用于南北方向和东西方向和禁止通行的紧急情况。
5.2 晶振、复位
晶振电路、复位电路如图5.1所示：
图5.1晶振、复位电路
5.3按键模块
按键是用来输入各种开关量的器件，键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，通过键盘输入数据和命令，实现简单的人际对话。1×8键盘的公共端即行线，可以接到VCC（或GND）上，I/O端口即列线，初始化成下拉输入（上拉输入）状态，按键抬起
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状态对应的I/O端口状态为低电平（高电平），当按键按下状态对应的I/O端口状态为高电平（低电平）。
5.4通行灯输出控制
道口交通灯指示采用红、绿、黄发光二极管，南北通行、东西通行各两个。如图5.2所示：
图5.2交通灯示意图
5.5时间显示电路
红绿灯通行时间采用数码管显示，这是一种很好的方法。通行剩余时间采用高亮7段LED发光数码管，采用共阳数码管。由于采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。虽然这样在任一时刻只有一位显示器被点亮，但由于视觉残留效应，看起来与全部显示器同时点亮效果完全一样。为了显示LED显示器的动态扫描，不仅要给显示器提供段（字形代码）的输入之外，还要对显示器加位控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8条段控线（有小数点显示）；另一个用于输出位控线，位控线的数目等于显示器的位数。时间显示驱动电路如图5.3所示。
图5.3数码显示管
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5.6电源电路
整个系统采用的是+5V电压。由于实训没有要求，因此可采用自制不可调的3端稳压器件，用LM7805就可以满足系统电源的要求。LM7805内部是由基准电压回路、恒流源、过流保护、过压保护和短路保护回路等8部分组成的三端集成稳压电源，且其低功耗，高效率，纹波系数小，输出电压稳定。
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