简易交通灯控制电路

1、目 录引言21 实验目的.32 设计任务和要求.421 工作流程422 工作时序423 循环工作43 系统总体设计54 单元电路设计8 41 脉冲发生器84. 2 控制器84. 3 计时显示电路94. 4 计数器驱动脉冲电路图115 主要电子器件146 设计总结15致谢16主要参考资料17 引言数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制

2、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。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现涉及交通控制信号灯。设计一个简易交通信号灯控制器，在十字入口处设置红、黄、绿三种信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。1 实验目的 1、掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法2、掌握调试及电路主要技术指标的测试方法2 设计任务和要求1、

3、工作流程南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。2 、工作时序东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄灯和绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。一次循环为30秒，其中红灯亮的时间是绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪烁。3 、循环工作十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为30秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到2秒时，绿灯熄灭，黄灯亮并闪烁，计数继续每秒减1，直到0，黄灯熄灭，红灯亮。十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结

4、束，而进入下一步某方向的工作循环。3系统总体设计交通灯控制原理框图如图3.1所示。他主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：TL1 表示A车道绿灯亮的时间间隔为30秒，TL2 表示B车道绿灯亮的时间间隔为30秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则TL=0.TY:表示黄灯亮的时间间隔为2秒。定时时间到，TY=1,否则，TY=0. ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，

5、由它控制定时器开始下个工作状态的定时。图3.1 交通灯控制原理图 实现红绿灯的交通管制功能，在红绿灯交换的前2秒钟，有常亮的黄灯提示司机注意，此时绿灯已灭，另外有数字计时装置，提示司机剩余时间。状态表1：状态A车道B车道时间S0绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行30S1黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行2S2红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行30S3红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车2分析：（1）A车道绿灯亮，B车道红灯亮。表示A车道上的车辆允许通行，B车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间间隔TL1时，控制器发出状态信号ST，转到下一个工作状态。（2）A车道黄灯亮，B车道红灯亮。表示A车道上未过停车线的车辆停止通

6、行，已过停车线的车辆继续通行，B车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）A车道红灯亮，B车道绿灯亮。表示A车道禁止通行，B车道上的车辆允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔TL2时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）A车道红灯亮，B车道黄灯亮。表示A车道禁止通行，B车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到（1）工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器控制的。设控制器的4种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表

7、示，则控制器的工作状态及功能如表所示，控制器应送出A、B车道的红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号，合二为一，并作如下规定：控制状态 信号灯状态 车道运行状态S0 A车道绿 ，B车道红 A车道通行，B车道禁止通行S1 A车道黄 ，B车道红 A车道缓行，B车道禁止通行S3 A车道红 ，B车道绿 A车道禁止通行，B车道通行S2 A车道红 ，B车道黄 A车道禁止通行，B车道缓行HG=1 A车道绿灯亮 FG=1 B车道绿灯亮HY=1 A车道黄灯亮 FY=1 B车道黄灯亮HR=1 A车道红灯亮 FR=1 B车道红灯亮设：A： A车道车辆的情况，有车为“1”，无车为“0”B： B车

8、道车辆的情况，有车为“1”，无车为“0”C：A车道30秒定时信号，30秒定时已到为“1”，30秒定时未到为“0”D：B车道30秒定时信号，30秒定时已到为“1”，30秒定时未到为“0”E：2 秒定时信号，2秒定时已到为“1”，2秒定时未到为“0”状态编码：S0=00 S1=01 S2=11 S3=10若选JK触发器，其输出为Q2、Q1，则状态如表2.表2：ABCDEQ2nQ1nQ2n+1Q1n+1X0XXX0000110XX000001XXX0001111XX0001XXXX00101XXXX1011111X0X111101XXX1111X0XXX1110XXXX01010XXXXX1000

9、4 单元电路设计4、1脉冲发生器 脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T约等于0.7（R1+2*R2）*C,若T=1s，令C=10 ,R1=39,R2=51.根据计算结果，脉冲发生器设计如下图：它向计数电路提供的秒计时CP脉冲。周期可通过下式设定的电路原理图如图所示。 图4.1脉冲发生器的电路原理图4.2控制器控制器是交通管理的核心，它应该按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。如表所示。选用两个D触发器FF1、FF0作为时序寄存器产生4种状态，

10、控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于1n+ n+1=00 状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果控制器转换到 1n+ n+1=01 状态时。控制器状态转换表：输入输出现态状态装换条件次态状态转换信号 0 0无 无 0 0 00 0 0无 无 10 11 0 10 无 无 0 10 0 11 无 无 1 11 1 1无 0 无 1 10 1 1无 1 无 1 01 1 00 无 无 1 00 1 01 无 无 0 0174LS163功能表：输入输出CR LD CP 0 x x x 上升沿 x x x x0 0 0 01 0 x x 上升沿 1 1 1 1 上升沿 x x x

11、 x 计 数1 1 0 x 上升沿 x x x x 保 持1 1 x 0 x x x x x 保 持 4.3计时显示电路显示电路作为定时控制器。秒信号发生器用于产生整个定时系统的时基脉冲，通过74LS190减法计数器对秒脉冲进行减计数，以达到显示每一种工作状态的持续时间。当A车道红灯亮时，信号给减法计数器置数，同时B车道也由相应的信号置数，减计数的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由BCD译码器译码、数码管显示显示电路是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作，每来一个脉冲使计数器减1，直到计数器为0

12、.译码显示可用CD4511BCD码七段译码器。计数器采用可预置计数器，这里选74LS190.当A车道为黄灯时，该干道技术不工作。由黄变为红灯时，由R1将预置数0011置入U1，0000置入U2，0013置入U3，0110置入U4。U1、U2开始30秒的减计数，U3、U4开始30秒减计数。当B车道30秒减完后，B车道灯变为黄，B车道计数器关闭，无显示。在A车道红灯变绿灯同时，R1控制将0100置入U1，0101置入U2，0110 置入 U3 ，0000置入 U4 。并开始U1、U2组成 30秒（A）倒计数，U3、U4组成30秒（B）倒计数。当A车道30秒 计时完毕后，A车道黄灯亮，同时使计数器U

13、1、U2停止工作。显示控制电路如图3.3.1。 图4.3.1 显示控制电路图 图4.3.2 74LS190逻辑功能示意图 74LS190是BCD同步加/减计数器，并行输出。计数时，时钟脉冲CP的上升沿有效。CP端.加/减端和置数端斗都先经过缓冲，从而降低了这些输入端对驱动的功能。4.4.计数器驱动脉冲电路图 图4.4.1 计数器驱动脉冲电路图 此电路图是产生CP30、CP4的电路，通过门电路完成由CP控制电路产生所需的脉冲的功能。主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真值表4.4.2。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。表4.4.2 信

14、号灯信号的状态状态控制器输出主干道信号灯支干道信号灯Q2Q1R（红）Y（黄）G（绿）r（红）y（黄）g（绿）00110101001101001000110000010011根据真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为： 图4.4.3用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器现选择半导体发光二极管模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管。故译码器的电路组成如下图所示 图4.4.45 主要电子器件表5 元件明细表序号元件名称型号数量备注1电阻2R1=39K R2=51K 2电容2C1=10 uf C2=0.01uf3555定时器1

15、4集成计数器74LS39015计数器74LS16116译码器74LS13917TTL非门74LS0428TTL与非门74LS0019TTL四输入与非门74LS20110TTL与门74LS08111TTL或门74LS32112发光二极管66设计总结 通过这次课程设计，使我对数字电子技术挤出这门课程有了进一步的理解，尤其对本课程设计所涉及的原理、器件、功能实现上有了更深的认识。掌握了由555定时器构成所需频率脉冲发生器的方法。熟悉了有真值表列表达式设计实现电路的过程，并对利用计数器实现特定的要求进制的减计数及其预置数的方法、译码及驱动显示的连线方法有了更深入的体会，并借此机会了解了用计算机会电路图

16、的方法。这次课程设计是我们对电子电路课程实验的综合考验。课程设计综合考察了实验课上所学到的各种电子电路的连接、调试、设计和制作的过程，每一个环节都需要我们仔细认真的完成。在设计过程中，我们遇到了一些困难。首先，在实验电路的设计上，我们花费了大量的时间，搜集资料。这个过程使我对所学的知识又进行了进一步的学习和巩固。其次，在调试过程中，发现了很多错误，浪费了很多时间。通过此次课程设计，使我对十字路口的交通灯，有了进一步的了解，明白其工作原理。自己能够运用数字电子技术做些简单的设计，增强了我的独立思考和动手的能力。致谢在这次课程设计中，指导老师以及同学们都给了我很多的帮助。在这里向他们表示衷心感谢。课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，独立实践的机会，将课本上的理论知识和实际有机结合起来，锻炼学生的分析解决实际问题的能力，提高学生适应实际、实践编程的能力。通过做这个课程设计不但让我巩固了所学的数字电子的知识。同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。在课程设计过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先，做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就退缩，只要坚持下去就可