交通信号灯设计.docx

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交通信号灯设计

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 

目录

一、设计目的1

二、设计任务与要求1

三、设计步骤及原理分析2

3.1设计方法2

3.2设计步骤5

3.3设计原理分析6

四、课程设计小结与体会9

五、参考文献9

一、设计目的

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。

二、设计任务与要求

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。

三、设计步骤及原理分析

3.1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。

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。

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。

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。

3.2设计步骤

在电路板上按整机框图把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示译码器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试：

1．秒脉冲信号发生器的调试，按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出设计符合设计要求。

2．将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否是按00、01、10、11、00„的规律变化。

3．将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X0、X1，并把主控制器的状态信号送入主控制器的CP端，观察计说器是否按30秒、5秒、20秒、5秒、30秒„循环计数。

4．把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯的译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。

5．整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。

以上是本次设计的全过程，由以上分析知此设计所需材料有：

1片74LS90、2片CD4511和2个共阳数码管、1个555定时器、1片74LS04、3片74LS08、1片74LS32、14个400ohm电阻、1个50k电阻、1个43k电阻﹑6个10 ohm电阻、2个10UF电容和导线若干。

3.3设计原理分析

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4-1 74LS90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

如表7 4LS90功能表：

7 4LS90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 

74LS90功能表

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、课程设计小结与体会

经过这个课程设计，我真正体会到了学有所用，同时也让我更加深刻的了解数字逻辑电路。

对于本次课程设计，让我印象深刻的是最后的调试过程，第一次摁下开关的时候，在心里祈祷自己的电路板不要出错，当结果呈现在自己面前的时候，又开始检查自己的电路板哪里出错，用万用表测试每根电路，检查焊接处焊的是否牢固，如果自己没有发现错误，全组的成员一起讨论，一起研究，找出问题所在，直到调试成功。

这次课程设计让我体会到一种共同学习共同进步的学习氛围，体会到小组合作的重要性。

整个设计我都参与其中，这令我的分析以及动手能力有了很大的提高。

也让我明白在今后的学习中，当别人与自己的意见不一致时，不要轻易否定别人，注意找出自己的问题所在，如果自己没有错误，想办法让自己的伙伴意识到错误，不要把合作关系搞僵，也对我今后的发展有重要的帮助。

五、参考文献

1. 童诗白、华成英 《模拟电子技术基础（第四版）》 

2.  阎石     《数字电子技术基础（第五版）》