课程设计交通信号灯.docx
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课程设计交通信号灯
目录
摘要3
关键词3
引言3
一、交通信号灯的设计目的以及要求4
二.交通信号灯基本原理及设计方法5
三、主控制器7
3.174LS90引脚排列图与逻辑图7
3.274LS90的功能表及引脚功能.8
四、计数器9
4.1计数器的作用9
4.2计数器的工作情况9
4.3控制信号灯的译码电路的真值表11
4.4秒信号产生电路12
五.译码显示电路14
5.1译码显示电路连接图14
5.2CD4511译码器14
六.交通灯总体框图17
七.组装和调试过程17
总结18
参考文献。
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18
交通信号灯控制系统的设计
摘要
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。
它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。
当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展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.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。
关键词：
控制器计数器信号灯译码电路
引言
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。
一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。
回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。
他的建议立即得到有关方面的肯定。
于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
中国最早的马路红绿灯，是于1908年出现在上海的英租。
从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。
当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展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.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。
一、交通信号灯的设计任务以及要求
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。
实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。
本课题利用数字路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求。
1.掌握系统设计的一般步骤和方法，掌握一个大的系统中各子系统之间的相互作用和相互制约关系；
2.运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统。
通过系统设计、电路安排与调试、写设计论文等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平；
3.学会用中规模器件设计一个符合要求的系统，并熟悉常用中规模器件的用法。
4.学会按照电路图在面包板上合理布局使各器件在系统中的连线更简单，清晰；
5.掌握连接实物图的一般步骤和方法，学会系统安装与调试的一般步骤和方法。
6.在实践中运用理论知识，培养实际动手能力；
7.主干道的通行时间长于支干道的通行时间；
8.每次由绿灯变为红灯或由红灯变为绿灯的前5秒四个路口要亮黄灯以提示过往车辆及行人注意路灯变化，安全通行；
9.设计正计时30s、20s计时数码实现电路，要求每秒钟改变一次数字；
10．在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。
红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。
在绿灯变红灯时先要求黄灯亮5秒钟，以便让后来车辆准备停车。
由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为30秒；而支干道通行时间为20秒。
二.交通信号灯基本原理及设计方法
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。
有一个主干道和一个支干道的十字路口如图3-1所示。
每边都设置了红、绿、黄色信号灯。
红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。
因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。
路口交通指挥系统示意图
设主干道通行时间为N1，干道通行时间为N2，主、支干道黄等的时间均为N3，按主支干道通行的时间来看，设置N1﹥N2﹥N3。
系统工作流程图如图所示。
系统工作流程图
要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。
四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。
十字路口车辆运行情况只有4种可能：
1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30s。
2）30s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。
3）5s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20s。
4）50s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。
5s后又回到第一种情况，如此循环反复。
因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：
S0、S1、S2、S3。
状态转换图如图所示。
三、主控制器
3.174LS90引脚排列图与逻辑图
十字路口车辆运行情况只有4种可能，实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。
我采用二-十进制计数器74LS90实现。
采用反馈归零法构成4进制计数器,即可从输出端QBQA得到所要求的4个状态。
图4-174LS90管脚排列图,逻辑图如图所示。
为以后叙述方便，设X1=QB,X0=QA。
74LS90管脚排列图
主控制器的逻辑图
3.274LS90的功能表及引脚功能.
74LS90功能表
输入
输出
功能
清0
置9
时钟
QDQCQBQA
R0
（1）、R0
（2）
S9
（1）、S9
（2）
CP1CP2
1
1
0
×
×
0
××
0
0
0
0
清0
0
×
×
0
1
1
××
1
0
0
1
置9
0×
×0
0 ×
×0
↓1
QA输出
二进制计数
1↓
QDQCQB输出
五进制计数
↓QA
QDQCQBQA输出8421BCD码
十进制计数
QD↓
QAQDQCQB输出5421BCD码
十进制计数
11
不变
保持
如表74LS90功能表：
74LS90逻辑功能为
（1）计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
（2）计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。
（3）若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，
则构成异步8421码十进制加法计数器。
（4）若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，
则构成异步5421码十进制加法计数器。
（5）清零、置9功能。
a）异步清零
当R0
（1）、R0
（2）均为“1”；S9
（1）、S9
（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。
b）置9功能
当S9
（1）、S9
（2）均为“1”；R0
（1）、R0
（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。
四、计数器
4.1计数器的作用
计数器的作用有二：
一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30s、20s、5s3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。
4.2计数器的工作情况
计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。
计数器的工作情况为：
计数器在主控制器进入状态S0时开始60s计数；30s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5s计数；5s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20s计数；20s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5s计数；5s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。
根据以上分析，设30s、20s、5s计数的归零信号分别为A、B、C，则计数器的归零信号L为：
L=A+B+C
其中：
A=S0QC2=QC2
B=S2QB2QA2=QB2QA2
C=S1QB1QA1+S3QB1QA1=X0QB1QA1
考虑到主控制器的状态转换为下降沿触发，将L取反后送到主控制器的CP端作为主控制器的状态转换信号。
可选用集成异步十进制加法记数器（74LS192）。
图5-1计数器。
图计数器（利用74LS192减计数功能）
4.3控制信号灯的译码电路的真值表
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2。
对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。
表2信号灯信号的状态
根据真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为：
主干道：
；；
支干道：
；；
由逻辑表达式可得状态译码器电路
主干道译码电路：
支干道译码电路：
4.4秒信号产生电路
产生秒信号的电路有多种形式，555定时器在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：
多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。
利用555定时器构成的多谐振荡器，其管脚如下图7所示。
图8是利用555定时器组成的秒信号发生器及其产生的波形图。
图5555定时器的引脚图
图6555定时器组成的秒信号发生器及
根据功能要求采用以下逻辑门电路构成：
门电路是数字逻辑电路的基本组成单元，门电路按逻辑功能可分为：
与门、或门、非门以及与非门、或非门、异或门、同或门、与或非门。
若按电路结构组成的不同，可分为立元件门电路、CMOS集成门电路、TTL集成门电路等。
各种集成门电路通常都封装在集成芯片内。
此次设计采用的集成电路有74LS04、74LS08、74LS32引脚排列图如下图所示这些集成电路的封装形式均为双列直插式。
为双列直插式集成电路的右下方通常是地线GND，左上方引脚一般是电源线VCC，其它引脚的用途如图中符号所示，每个集成电路都有自己的代号，与代号对应的名称形象地说明了集成电路的用途。
如74LS08是二输入端四与门，它说明这个集成电路中包含四个二输入端的与门。
74LS04、74LS08、74LS32引脚图如下图所示：
图74LS04六非门内部结构引脚图
图74LS0
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