交通信号灯设计.docx
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交通信号灯设计
电子技术课程设计
-------交通信号灯控制电路的设计
学院：
机电与汽车工程学校
专业：
机械电子工程一班
学号：
08490112
姓名：
1.设计任务及主要技术指标和要求
设计任务：
设计制作一个十字路口交通信号灯的控制电路
设计要求：
1、主干道经常通行；
2、支干道有车才通行；
3、主支干道都有车时，两者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次至多放行20秒；
4、每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮五秒钟（此时原红灯不变）
交通信号灯控制电路的工作原理
有这样一个十字交叉路口如图1所示。
每个路口都设有交通信号灯，红灯表示禁止通行；绿灯表示可以通行；红绿灯交替时，黄灯表示已越过停车线的车辆继续通行，而停车线内的车辆停止运行。
B车道车辆多而A车道车辆少，所以B经常通行而A有车才通行，A、B都有车时按照规定的时间交替通行。
（B干道为主干道，A干道为支干道）
A
B
图1
路口车辆运行情况有以下四种：
a:
B车道通行，A车道不通行。
b:
B车道停车，A车道不通行。
c:
B车道不通行，A车道通行。
d:
B车道不通行，A车道停车。
这就是求主控制电路也有四种状态：
首先，假设B车道通行，有车辆过来，这时“B绿灯”和“A红灯”亮，；此时A车道来车，B车道无车，传感器发出信号，使A灯黄灯而B灯红灯，黄灯延时后，计时器发出信号使B灯亮红灯而A亮绿灯，这时A车道的车可以通行了；A车道无车后，传感器又发出信号让A亮黄灯，B灯亮红灯，之后重复上述内容。
若两车道同时有车时，通过传感器和计时器发出的信号不断切换，以保证车道运行通畅。
当只要有一条道没车时，计数器不计数，只亮灯。
设计方案方框图
根据交通信号灯的工作原理可知，本设计由传感器、译码驱动电路、主控制器、计时器、时钟信号组成，具体的框图如下图2所示。
图2
1：
计时器
主要是完成30秒、20秒、5秒的计时任务，向主控制器发出相应的定时信号，来控制A、B干道通车时间以及红黄绿灯的时间转化。
2：
传感器
监测A、B干道是否有车，如果有车就向主控制器发出信号。
3：
时钟信号发生器
产生稳定的秒脉冲信号，即CP信号，确保整个电路装置同步工作并实现定时控制。
4：
主控制器
主要是根据传感器和计时器送来的信号，保持或改变电路的状态，以实现对A、B干道的车辆运行状态的控制。
5：
译码驱动电路
按照主控制器的状态进行译码，在驱动红黄绿灯进行转变，指挥路上的车辆和行人。
由上，将图2框图进一步的变化，使之更明确，详细，即下图3
图3
二、主控制电路的设计
A、B干道都没有红黄绿灯，所以它们在正常情况下工作是发亮的灯只有以下四种可能：
（B干道为主干道，A干道为支干道）
①：
B干道通行——B绿灯A红灯
②：
B干道停车——B黄灯A红灯
③：
A干道通行——B红灯A绿灯
④：
A干道停车——B红灯A黄灯
A：
状态转换图
根据上面所述四种可能，可画出下图4的状态转
图4
假设：
B道有车表示为：
A=1，无车：
A=0
A道有车表示为：
B=1，无车：
B=0
A、B道有车过30秒为：
L=1
未过30秒为：
L=0
A、B道有车过20秒为：
S=1
未过20秒为：
S=0
黄灯亮过5秒表示为：
P=1
未过5秒：
P=0
B干道通行状态表示为：
S0
B干道停车状态表示为：
S1
A干道通行状态表示为：
S2
A干道停车状态表示为：
S3
由上述可将图4转化为图5：
图5
B：
选择触发器的数目并进行状态分配：
由上可得状态数目为四，则N=四，选n个触发器须满足以下关系：
2n≥N=4所以：
n=2
选J、K触发器，两个触发器的状态输出为：
Q1Q2
可令：
S0=00，S1=01，S2=11，S3=10
C:
状态转换表;
ABLSP
Q2nQ1n
Q2n+1Q1n+1
×0×××
00
00
110××
00
00
01×××
00
01
111××
00
01
××××0
01
01
××××1
01
11
01×××
11
11
11×0×
11
11
×0×××
11
10
11×1×
11
10
××××0
10
10
××××1
10
00
表
（二）
注：
表中×为任意状态
D：
求状态方程
根据表
（二）可以写出状态方程
、
并化简如下：
1
=
=
=
=
=
2
=
=
=
E:
求驱动方程
JK触发器的特性方程为：
=
=
根据D中①②两式触发器的驱动方程为：
=
=
F:
逻辑电路图
根据E的驱动方程，可将控电路的逻辑电路图画出，如下图6所示。
元件选择：
两块JK触发器、与非门、与门、非门、或门。
图6主控制电路逻辑电路图
图6
图中右上方输出端为
，右下方输出端为
。
三、计时电路的设计
根据A、B干道的通车情况、通车时间以及黄灯切换时间的要求，需要30秒，20秒，5秒的计时器。
30秒计时器是在A、B车道都有车的时候，处于B干道通行的状态是开始计时，30秒后会发出信号给主控秒计时器一样制器，并产生一个复位脉冲使计时器复位。
20秒计时与30，也是在亮干道都有车时，并且主控制电路处于A干道通行状态时开始计时。
5秒计时器主要用于延时，使已经出线的车辆通行，所以是在A干道通行或者B干道通行时开始计时的，待到规定时间分别输出S=1,P=1的信号，使计时器恢复。
元件选择：
74160TTL可预置四位二进制异步清除计数器，采用置数法实现各进制的计数
74160（十进制）引脚说明：
1、CLR’,低电平清零，同不清零
2、CLK，时钟信号，上升沿有效
3-6A-D,置数输入端
7、10-EP\ET=1时，应许计数
8、16-地、电源
9-LD’，低电平置数，异步清零
11-14，计数器输出端
15-C，进位输出端
1：
30秒计时器电路如图7所示：
有两个74160计时器，高、低位片接十进制，高位片接2，低位片接9，正好组成三十进制的计数器,CP脉冲是频率为1Hz的秒信号。
开始计时条件：
A、B车道都有车，主控制器处于状态即=00，译成逻辑函数式为AB=1是开始计算。
用路灯情况反馈来控制计时开始，当AB=1是主干绿，支干红为1，CP信号进入计时器，开始计时：
图7
由上图可见两片的进输入CP端接1Hz的脉冲，低电平的输出端RCO输出C接高电位的一个置数端，当第九个CP脉冲到来时，低位片的
=1001,此时C=
=1，当第十个CP脉冲到来时，低位片的
=0000，此时C=
=0,进位输出C从1变0成了一个下降沿，正好提供给高位片，使高位片触发成
=001，这样高位片和低位片合起来就是数字10，同理也可以产生20及30。
结束计时条件:
=1,此信号经与非门变成“0”从而使门9接上低电位，使两计数器异步清零。
2:
20秒计时的电路如图8所示
开始计时条件是：
与30秒计时电路相似，即用路灯情况反馈来控制计时开始。
结束计时条件是：
=1，此信号经与非门变成“0”从而使门9接上低电位，使两计数器异步清零。
图8
3:
5秒计时电路如图9所示（只需一个计数器）
开始条件是：
与30秒计时电路相似，即用路灯情况反馈来控制计时开始。
结束条件是:
=1，此信号经与非门变成“0”从而使门9接上低电位，使计数器异步清零。
图9
元件选择：
74160TTL可预置四位二进制异步清除计数器五块
与非门T065三块
四、控制信号灯译码电路的设计
主控制电路主要是控制两干道的红、黄、绿灯的亮与灭，才能形成四种状态。
即：
令灯亮为“1”，灯灭为“0”，真值表如下表（三）所示：
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