交通灯设计电路.docx
《交通灯设计电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯设计电路.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
交通灯设计电路
华南农业大学
电子线路综合设计
交通灯控制电路设计
陈凌浩王向聪张雄
2011级
班级：
电子类9班组别：
3组
指导老师：
薛秀云
2013年6月20日
摘要
本课题是关于交通灯控制电路的设计。
本文从课程设计的题目出发，设计了一个南北方向、东西方向十字路口的交通灯控制电路。
首先进行了进行交通灯状态变换的分析和交通灯总体框架的设计，接着提出了两种电路设计方案，最后通过优劣比较选择了方案二：
先先设计倒计时显示器按规律运行的电路，再通过倒计时电路的信号来控制交通灯的状态变换。
本交通灯控制电路采用74LS193芯片可预置四位二进制双时钟可逆计时器实现计数功能，并通过一系列集成逻辑门电路芯片控制红绿灯的交替显示。
1Hz方波脉冲由555定时器产生；用两块74LS193芯片实现倒计时，一块显示十位，一块显示个位，相应的数字显示电路由两块CD4511芯片和7段显示器组成;用2个D触发器（74LS74芯片）实现30s,20s,5s时间的转换；利用倒计时电路控制交通灯的4个状态;最后通过相应的逻辑门控制红灯、黄灯、绿灯的亮灭。
关键词：
交通灯触发器状态控制电路
The Design of Digital Control Circuit for Traffic Light
ChenLinghao,WangXiangcong,ZhangXiong
（CollegeofEngineer,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China）Abstract：
Thistopicisaboutthedesignoftrafficlightscontrolcircuit.Startingfromthetopicofcurriculumdesign,designedanorth-southdirectionandeast-westintersectiontrafficlightscontrolcircuit.
Basingontheanalysisofthetrafficlightstatetransformandtrafficlightoverallframedesign,thispaperputsforwardtwokindsofcircuitdesign,andfinallychoosethesolution2bycomparingadvantagesanddisadvantages.Firstly,designthecountdowndisplayaccordingtothelawofoperationcircuit,andthenusethecountdowncircuitsignalstocontrolthetrafficlightstatetransformation.
Thetrafficlightscontrolcircuitadopts74LS193clipwhichcanbepresetfourbinaryreversibledoubleclocktimertorealizecountingfunction,anduseaseriesofintegratedlogicgateclipstocontroltrafficlightsforalternatedisplay.1Hzsquare-wavepulsecanbegeneratedbythe555Timer.Usingtwopiecesof74LS193clipstocountdown,onedisplaystensdigit,theotherdisplaysunitsdigit,andthecorrespondingdigitaldisplaycircuitiscomposedoftwoCD4511chipsand7segmentdisplay.UsingtwoDtriggers（74LS74clip）torealizetimetransformationof30s,20sand5s,alsousingthecountdowncircuittocontrolthefourstatesoftrafficlight.Finally,usingthecorrespondinglogicgatestocontrolwhethertheredlight,yellowlightorgreenlightlightsoutornot.
Keyword:
traffic lightstrigger Statecontrolcircuit
目录
1设计任务1
2交通灯控制电路设计1
2.1交通灯控制电路分析1
2.1.1交通灯运行状态分析1
2.1.2电路工作原理图2
2.1.3方案选择2
2.2电路设计3
2.2.1脉冲电路3
2.2.2倒计时电路3
2.2.3状态控制电路5
2.2.4灯显示电路6
2.2.5译码显示电路7
2.2.6蜂鸣器报警电路8
2.2.7软件仿真电路图8
3实验数据和误差分析9
4结论9
5课程设计的收获、体会和建议9
参考文献10
附录11
致谢14
1设计任务
一、设计任务：
（1）要求主干道（南北方向）车道和支干道（东西方向）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；
（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；
（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；
（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。
二、设计相关提示：
所设计的交通路口为一十字路口，不涉及左右转弯问题。
2交通灯控制电路设计
2.1交通灯控制电路分析
2.1.1交通灯运行状态分析
交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间到计时显示。
一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。
每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。
交通灯的运行状态共有四种，分别为：
状态0：
主车道的绿灯亮，主人行道的绿灯亮；支车道的红灯亮，支人行道的红灯亮；
状态1：
主车道的黄灯闪，主人行道的红灯亮；支车道的红灯亮，支人行道的红灯亮；
状态2：
主车道的红灯亮，主人行道的红灯亮；支车道的绿灯亮，支人行道的绿灯亮；
状态3：
主车道的红灯亮，主人行道的红灯亮；支车道的黄灯闪，支人行道的红灯亮；
这4种状态循环往复，并且车道红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。
交通灯电路的具体运行状态如表1所示：
表1交通灯运行状态
状态
主干车道
红黄绿
主人行道
红绿
支干车道
红黄绿
支人行道
红绿
0
灭灭亮
灭亮
亮灭灭
亮灭
1
亮闪灭
亮灭
亮灭灭
亮灭
2
亮灭灭
亮灭
灭灭亮
灭亮
3
亮灭灭
亮灭
灭闪灭
亮灭
2.1.2电路工作原理图
交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图1所示，如脉冲电路、计数电路、倒计时电路、状态控制电路、灯显示电路、译码器、数码管显示电路等。
图1交通灯控制电路功能模块框图
2.1.3方案选择
交通灯控制电路分电路如图1，对于状态控制电路，有如下两种方案：
方案一：
根据题目，主支干道红绿灯分时亮可以分成四种状态。
这四种状态可由计数器输出的两个低位来表示，使用数据选择器，将由计数器产生的表明四种状态的信号Q2和Q1接到数据选择器的地址代码端，数据选择器输出再加上相关的门电路，可实现彩灯显示的循环变化。
方案二：
通过逻辑推导，根据各彩灯的逻辑表达式选用各种基本的门电路，如与非门，来产生一个满足要求的信号。
将由计数器产生的表明四种状态的信号Q2和Q1直接接到相关的逻辑门电路中，用简单的逻辑门组合电路实现对彩灯显示电路的控制。
但是用到的器件比较多，而且布线较复杂。
所以不采用这个方案。
方案1，2均符合设计的要求，但方案一虽然电路相对简单但跟方案二相比需要额外的数据选择器芯片，相比之下需要比较多的芯片。
而方案2直接用相关的逻辑门组合电路，虽然相对复杂，但经过实测，能充分利用芯片，使用更少的芯片完成电路设计。
综上所述，选择方案2来设计具体的电路。
2.2电路设计
2.2.1脉冲电路
利用555定时器组成多谐振荡器，输出1Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。
参数的设定参照指导书本的公式，经过调试，得出可实现1Hz矩形方波信号。
公式和具体参数如下：
即取R1=10k，R2=30k，C=22uf,可实现调出1Hz,占空比为50%的矩型方波。
555定时器构成的方波发生电路如图2所示：
图2脉冲电路
2.2.2倒计时电路
作为十字路口红绿灯交通灯系统，倒计时要有数字显示。
具体为：
当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为5和0，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行时间为20秒。
也就是一个循环是50秒，如此先显示30秒后显示20秒倒计时，然后再显示30秒倒计时。
设计时采用两块74LS193，一块是显示十位，一块是显示个位。
个位接成十进制，从9开始倒计时，当到达0时，向高位发出一个借位信号，再继续从9倒计时。
一开始使十位数置数为3，二进制为0011，个位数为0，二进制为0000，此时个位产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的74LS193芯片倒计时一次，结合个位的设置，电路从30开始倒计时。
当主车道绿灯亮了25秒，倒计时也已经数到了5了，此时，个位显示5，十位显示0，主车道的绿灯熄灭，主车道的黄灯开始倒计时闪亮5秒，当倒计时到0后，个位芯片74LS193发出一个借位信号，向高位借数，但是高位已经是0了，按照要求此时十位应该是从0翻转2，即二进制0010，为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制是从0011、0010、0001到0000计数完，翻转为二进制0010，然后从0010、0001到0000倒计时，当到0000后就结束一个循环，又从0011开始新的一个循环。
从二进制0011和0010两个不同的预置数，发现可以用1个D触发器74LS74接成T触发器并把Q端接至十位倒计时的最低位来完成这个功能。
高位产生借位信号时将Q端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的Q值置入（此时Q值为原来的非，即由0变1或由1变0），然后翻转。
通过以上置数方式可实现0011和0010的交替置入。
另外，通过在特定时刻（倒计时高位由0000变为0010后）对T触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。
据此设计倒计时电路如图3所示：
图3倒计时电路
2.2.3状态控制电路
用倒计时控制灯的变化，先将状态0、1、2
升级会员 