基于单片机（如 51 单片机）实现十字路口交通灯控制电路的设计方案示例

以下是一个基于单片机（如 51 单片机）实现十字路口交通灯控制电路的设计方案示例，包括硬件设计和软件设计两部分：

一、硬件设计

1. 单片机最小系统：
   • 选用合适的单片机芯片（如 STC89C52），包含时钟电路（晶振和电容）和复位电路（复位按键和电容电阻组成），为单片机提供稳定的工作时钟和复位功能。
2. 交通灯显示电路：
   • 采用三组共六个发光二极管分别表示南北和东西方向的红、黄、绿交通灯。通过单片机的 I/O 口控制其亮灭，例如 P0 口的低三位分别连接南北方向的红、黄、绿，P1 口的低三位连接东西方向的红、黄、绿，使用合适的限流电阻（如 330Ω）防止电流过大损坏发光二极管。
3. 数码管显示电路：
   • 使用两个四位一体的共阳极数码管来显示倒计时时间。将数码管的段选引脚（a - dp）连接到单片机的 P2 口，位选引脚分别连接到 P3 口的部分引脚（如 P3.0 - P3.3），通过位选信号控制哪个数码管显示，段选信号控制显示的数字内容，同样需要合适的限流电阻。
4. 按键电路：
   • 设计两个按键，一个用于手动/自动切换（如连接到 P3.4），另一个用于夜间模式切换（如连接到 P3.5）。按键采用上拉电阻（如 10kΩ）连接到电源，当按键按下时，对应的 I/O 口变为低电平，单片机检测到电平变化进行相应处理。

二、软件设计

以下是主要的软件代码思路（以 C 语言为例）：

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

// 定义交通灯和数码管引脚
sbit NSRed = P0^0;
sbit NSYellow = P0^1;
sbit NSGreen = P0^2;
sbit EWRed = P1^0;
sbit EWYellow = P1^1;
sbit EWGreen = P1^2;

sbit SMG1 = P3^0;
sbit SMG2 = P3^1;
sbit SMG3 = P3^2;
sbit SMG4 = P3^3;
sbit key1 = P3^4;  // 手动/自动切换按键
sbit key2 = P3^5;  // 夜间模式切换按键

unsigned char code table[] = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90};  // 数码管 0 - 9 显示码表
unsigned char time = 24;  // 初始倒计时时间
bit autoMode = 1;  // 自动模式标志，1 为自动，0 为手动
bit nightMode = 0;  // 夜间模式标志，1 为夜间

// 延时函数
void delay(unsigned int i)
{
    while(i--);
}

// 数码管显示函数
void display(unsigned char num1, unsigned char num2)
{
    P2 = table[num1];
    SMG1 = 0;
    delay(500);
    SMG1 = 1;

    P2 = table[num2];
    SMG2 = 0;
    delay(500);
    SMG2 = 1;
}

// 交通灯控制函数
void trafficLightControl()
{
    if (autoMode)
    {
        if (time > 0)
        {
            NSGreen = 1;
            EWRed = 1;
            display(time / 10, time % 10);
            time--;
            delay(1000);  // 1 秒延时
        }
        else if (time == 0)
        {
            NSGreen = 0;
            NSYellow = 1;
            for (int i = 0; i < 4; i++)  // 黄灯闪烁 4 秒
            {
                display(0, 4 - i);
                delay(500);
                NSYellow = ~NSYellow;
                delay(500);
            }
            NSYellow = 0;
            time = 24;
            // 切换交通灯方向
            EWGreen = 1;
            NSRed = 1;
        }
    }
    else
    {
        // 手动模式下，根据按键操作控制交通灯，此处可添加相应代码
    }
}

// 按键扫描函数
void keyScan()
{
    if (key1 == 0)
    {
        delay(10);  // 消抖
        if (key1 == 0)
        {
            autoMode = ~autoMode;
            while(key1 == 0);  // 等待按键松开
        }
    }
    if (key2 == 0)
    {
        delay(10);
        if (key2 == 0)
        {
            nightMode = ~nightMode;
            while(key2 == 0);
            if (nightMode)
            {
                // 进入夜间模式，所有灯熄灭，只让黄灯闪烁
                NSRed = 0;
                NSGreen = 0;
                EWRed = 0;
                EWGreen = 0;
                while(nightMode)
                {
                    NSYellow = ~NSYellow;
                    EWYellow = ~EWYellow;
                    delay(500);
                }
            }
        }
    }
}

void main()
{
    while(1)
    {
        keyScan();
        if (!nightMode)
        {
            trafficLightControl();
        }
    }
}

在上述代码中：

• delay函数用于简单的延时操作，以控制交通灯的切换时间和数码管的显示扫描时间。
• display函数根据传入的两个数字参数，在数码管上显示相应的倒计时数值。
• trafficLightControl函数实现了自动模式下交通灯的正常时序控制，包括绿灯倒计时、黄灯闪烁以及方向切换等功能。
• keyScan函数不断扫描按键状态，当检测到手动/自动切换按键按下时，切换工作模式；当检测到夜间模式切换按键按下且当前不在夜间模式时，进入夜间模式，使黄灯闪烁，直到再次按下该按键退出夜间模式。
• main函数中不断循环扫描按键并根据当前模式控制交通灯的运行。

这只是一个基本的示例代码，实际应用中可能需要根据具体的单片机型号和硬件电路进行适当调整和优化，例如优化延时函数的准确性、增加更多的交通灯控制模式等。