学论文——交通灯控制器的设计

1、 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第 页 学校代码 10126 学号 分 类 号 密级 本科学年论文（设计）交通灯控制电路设计学院、系： 专业名称： 年 级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日摘要交通灯控制电路设计交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故，保证交通秩序和行人安全，实现十字路口交通管理的自动化。本文以数字电路集成器件为设计单元，在给出系统框图和设计思路后，对各部分电路单元进行阐述和用硬件实现，将各部分单元电路组合在一起就完成了交通灯的设计任务。再利用Multisim软件仿真后得到预期的结果，设计完成，并且有一定的收获。关键词：交通灯，计

2、数电路，状态转换电路目录绪论11.系统整体结构设计22.系统硬件电路的设计与实现32.1秒脉冲发生器32.2计数电路部分32.3信号灯显示部分42.4数字显示部分52.5信号灯转换信号产生部分52.6黄灯闪烁和夜间黄灯闪烁72.7信号灯工作电路8结论10参考文献11 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第1页绪论 在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状

3、态转换，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。设计要求：（1）满足正确的交通顺序工作流程 工作方式是并行的，即南北方向绿灯亮，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）满足两个方向的工作时序 东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、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。一个方向红、黄、绿灯亮灯时间分别为18s，3s，15s。例如：当南北方向从红灯转为绿灯时，置数字显示为18，并使计数器减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显的值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，

4、而南北方向的红灯亮；同时，东西方向的绿灯亮，并置数显为18。（3）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 某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减一计数方式工作，直至减到零，十字路口红绿灯交换，一次工作循环结束。（4）可以手动调整为夜间黄灯闪耀。 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第2页1.系统整体结构设计 交通信号灯控制器的原理框图如图1.1秒脉冲发生器信号灯转换信号产生电路计数部分附加控制电路数字显示信号灯显示信号灯显示电路图1.1 交通信号灯控制器原理框图 设计思路：计数部分应完成两个工作，计数（倒计时）和产生红绿灯转换的信号，可由十进制计数器和必要门电路组成；根

5、据设计要求，显示电路较为简单，直接用计数器的输出信号即可作显示数字；信号灯部分由于有四个状态，可选用可控制计数状态的十进制计数器74LS190来产生四个状态，计数信号由计数器和门电路构成。对于黄灯的闪烁和夜间控制只让黄灯闪烁的问题，可以通过秒脉冲信号和与门来实现。 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第3页2.系统硬件电路的设计与实现2.1秒脉冲发生器因为控制电路需要较高的精度，所以所需秒脉冲可以用石英晶体振荡器产生。用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器,如图2.1所示。先用石英晶体振荡器和若干电阻电容组成频率为32768Hz的信号发生器，再用十四位二进制计数器CD4060 14进行14分

6、频使其成为2Hz的信号，最后用D触发器进行2分频，使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号。 图2.1 秒脉冲发生电路2.2计数电路部分红灯亮的时间是18s，所以需要计数器能够以19进制来计数工作，并且是减计数方式。将两片74LS192（十进制计数器）级联，即把个位计数器的借位输出端BO（低电平有效）接入十位计数器的CLOCK（DOWN)端，在倒计时到00时，把99作为置数信号，置为18，因为是异步置数，所以不会有99s的信号输出。如图2.2所示 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第4页图2.2 计数电路部分2.3信号灯显示部分信号灯共四个状态，可用00、01、10、11来表示1，由计数器（74LS19

7、0）产生，用74LS190的原因是因为该计数器的计数状态可以通过CT端控制，可以暂停和继续计数，便于利用计数部分（74LS192及门电路构成）产生的转换信号来控制四个状态的转换。四个状态如表2.1表2.1 信号灯状态分配状态（Q1 Q0）信号灯状态00南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮01南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮10南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮11南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮设两个方向的信号灯分别为：R1，Y1，G1，R2，Y2，G2。状态对应如表2.2 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第5页表2.2 信号灯显示部分真值表Q1 Q0R1 Y1 G1R1 Y1 G1000 0 11 0 0

8、010 1 01 0 0101 0 00 0 1111 0 00 1 0则可得出：R1=Q1 Y1=Q1Q0 G1=Q1Q0R2=Q1 Y2=Q1Q0 G2=Q1Q0首先将74LS190设计成四进制加法计数器，即把计数器的QC端经反相器接入置数端（LD），置数为0000再按上述方程连接信号灯与计数器74LS190（通过门电路），如图2.3图2.3 信号灯显示部分2.4数字显示部分该部分较简单，需要四个74LS248及四个七段显示数码管，每两个为一组，作为两个方向的数字显示。因为在本设计要求下，两组显示器的显示是一样的，故将两片74LS192的十位与个位分别接入74LS248的对应端口2,数字显

9、示部分即设计完成。2.5信号灯转换信号产生部分信号灯显示部分共四个状态，只要让这四个状态按预定的时间顺序转换即可实现信号灯的转换，即对74LS190的计数控制端（CT）输入转换所需的脉冲即可，这个脉冲由计数器和门电路组成。需要转换的地方只有两个：计数器被置为18和3的时候，即0001 1000和0000 0011 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第6页这两个状态，只要选出这两个状态的信号就能控制信号灯的转换。当然，只靠这两个状态是不够的，还需要信号灯的状态来共同决定转换的时刻（即 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第7页产生转换脉冲）。首先，把这两个状态的信号取出来。由于计数器转换比信号灯转换早

10、一步（即信号灯转换有延迟），故应取出18和3这两个信号前一个信号的状态，即0和4（0000 0000和0000 0100）两个状态，这样，信号灯会恰好在18和3处转换。然后要考虑信号灯状态与0000 0000和0000 0100共同作用产生转换信号。现在把信号灯状态与Q1、Q0状态列于表2.3表2.3 信号灯状态分配状态（Q1 Q0）信号灯状态00南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮01南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮10南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮11南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮可以发现，需要转换成18秒的地方（即红灯或绿灯即将要亮的地方）是在Q0为1处，同样，需要转换成3秒的地方（即黄灯即将要

11、亮的地方）是在Q0为0处，故把0000 0000状态与Q0为1的状态组合，把0000 0100状态与Q0为0的状态组合，再把这两个组合用或门连接，这样只要有一处组合满足要求，就能输出一个转换信号到74LS190的计数控制端（CT）处，使信号灯发生满足要求的转换。该部分电路如图2.4图2.4 转换信号产生部分 图中QAH为74LS192十位QA端,QAL,QBL,QCL,QDL为个位QA,QB,QC,QD输出端2.6黄灯闪烁和夜间黄灯闪烁黄灯闪烁可以通过将秒脉冲信号与黄灯亮的信号用与门连接，这样，在黄灯信号为 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第8页“1”的时候，由于输入的秒脉冲可以使其闪烁；在黄

12、灯信号为“0”时封锁与门输出端，使黄灯不显示。电路如图2.5图2.5 黄灯闪烁夜间黄灯闪烁，即在夜间不需要红绿灯交替变换，只需要让黄灯闪烁来提醒驾驶员即可。需要用一个开关来控制这两种状态的转换，只需要在信号灯的输入信号处附加一些电路即可。首先处理红灯和绿灯，因为夜间不需要工作，所以用一个电平和与门可以控制红灯和绿灯的工作与否。电路如下：图2.6 对于黄灯的控制稍复杂些，黄灯在白天和晚上有两种工作方式，因此黄灯应该有两 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第9页个信号来源，一个是白天正常显示的黄灯信号，另一个是夜间不停闪烁的黄灯信号，因此应用一个或门连接这两个信号。其中，正常显示的黄灯信号应由脉冲信

13、号（产生闪烁效果）、黄灯亮起的信号和外加的控制信号组成；夜间闪烁的信号由脉冲信号（闪烁）和外加控制信号组成。电路如下：图2.72.7信号灯工作电路发光二极管可以用作显示电路的指示灯或做为低照明，因此可用发光二极管（LED）作为信号灯。LED正常工作需要一定的条件，“LED是电流控制器件，其光的输出强度与其正向电流成正比。为使LED发光，施加的电压应大于LED正向偏置电压Vled，且使流过的电流小于LED的最大额定电流Iled，该电流通常是供货商提供的最佳电流。”3 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第9页电阻的选择：一般情况下，电阻值取100200。将电阻与LED灯串联就可以由集成器件来驱动，以

14、完成信号灯的显示。至此，全部要求实现，设计完成。 内蒙古大学本科学年论文(设计) 第10页结论分析设计要求可知，整个系统由秒脉冲发生器、计数部分、信号灯显示电路、数字显示部分、信号灯转换信号产生部分和附加控制电路组成。脉冲发生器用石英晶体振荡器和分频器组成；计数部分用两片74LS192级联组成；信号灯显示电路由74LS190产生的四个状态和一些门电路构成；数字显示部分直接将计数器的输出信号对应接在74LS248的输入端；信号灯转换信号产生部分：由74LS192的输出信号和74LS190产生的Q0信号对应组合起来共同控制信号灯的转换，实现四个状态保持的时间的不同（即红黄绿灯灯亮的时间不同）；最后，附加控制电路主要是通过与门和控制信号来实现夜间黄灯闪烁和白天的正常显示。自己独立设计一个功能电路确实需要花费不少时间，并且会遇到很多问题，就在解决问题的过程中会提高自己的能力。在设计中发现，自己确实缺乏锻炼，动手能力不强，学的许多知识已经遗忘了不少，比如对74系列集成器件的功能和用法很生疏，设计时遇到不少器件未工作或者工作状态不正确等情况。不过在复习了相关知识后，对74系列集成器件熟悉了不少，也掌握了它们的用法，巩固了所学的知识。在设计中也有些收获：在使用集成元件时应首先了解其结构、实现什么功能和具体用法，不熟悉这些会导致得不到预期的结果；对