交通灯控制电路设计.docx

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交通灯控制电路设计

黄河科技学院

数字电子技术课程设计

报告题目：

交通信号灯控制系统

作者所在系部：

电子工程系

作者所在专业：

电子信息工程

作者所在班级：

10电信1班

作者姓名：

陈旭

学号：

100102077

指导教师姓名：

乐丽琴

完成时间：

2010年6月20日

目录

1、设计任务………………………………………………………………1

二、方案设计与论证………………………………………………………………1

三、单元电路设计与分析…………………………………………………………5

1．秒脉冲发生器……………………………………………………………5

2．定时器……………………………………………………………………6

3．控制器……………………………………………………………………6

4．译码器和交通信号灯……………………………………………………7

四、总原理图及元器件清单……………………………………………………8

五、结论…………………………………………………………………………9

六、心得体会……………………………………………………………………9

七、参考文献……………………………………………………………………10

一、设计任务

一、设计任务及指标：

（1）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。

二、方案设计与论证

 交通灯控制系统的原理框图如图1.1所示。

它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。

秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

图中：

TG1:

表示主干道或绿灯亮的时间为30秒，即车辆正常通行的时间间隔。

定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

TG2:

表示支干道或绿灯亮的时间为20秒，即车辆正常通行的时间间隔。

定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

      TY：

表示黄灯亮的时间间隔为5秒。

定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

      ST：

表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。

由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

图1.1交通灯控制系统的原理框图

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图1.2所示。

十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：

（1）主干道道绿灯亮，支干道红灯亮。

表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。

绿灯亮足规定的时间隔TG1时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。

表示主干道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，支干道禁止通行。

黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

   （3）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。

表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TG2时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

   （4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。

表示主干道禁止通行，支干道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。

黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第

（1）种工作状态。

    交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。

设控制器的四种状态编码为00、01、10、11，并分别用S0、S1、S2、S3表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。

控制器状态

信号灯状态

车道运行状态

S0（00）

S1（01）

S2（10）

S3（11）

主绿，支红

主黄，支红

主红，支绿

主红，支黄

主干道通行，支干道禁止通行

主干道缓行，支干道禁止通行

主干道禁止通行，支干道通行

主干道禁止道通行，支干道缓行

1.3控制器工作状态及其功能

控制器应送出主干道，支干道红、黄、绿灯的控制信号。

由此得到交通灯的ASM图，如图12-2所示。

设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于30秒时，TG1=0

（用判断框表示TG1），控制器保持S0不变。

只有当S0的持续时间等于30秒时，TG1=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态,依此类推.

1．4交通灯控制器的ASM

三、单元电路的设计与分析

1．时钟信号发生器

以555定时器接外接电路形成多谢振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，用作计数器及jk触发器的clk信号。

555定时器连接方式如下图所示，由脉冲频率公式：

f=1／（R1+2R2）C㏑2

R2

R1

图2.2脉冲电路

参数计算如下：

取R1=60k（可调），R2=100k，C=4.7uF。

即可实现调出1Hz的矩型方波。

在输出端接上了一个开关，可以控制系统工作的开始和暂停。

2．定时器

用俩片74160搭接，原理图如图2：

图2计数器

3．主控电路

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。

从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表1.4所示。

选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TG1,TG2和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时，如果TG1＝0，则控制器保持在00状态；如果TG1=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。

这两种情况与条件TY和TG2无关，所以用无关项"X"表示。

其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。

输入

输出

现态

转换条件

次态

状态转换信号

Q1nQ0n

TG1TG2TY

Q1n+1Q0n+1

ST

00

0××

00

0

00

100

01

1

01

××0

01

0

01

××1

10

1

10

×0×

10

0

10

×1×

11

1

11

××0

11

0

11

××1

00

1

表1.4控制器状态转换表

根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：

将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：

Q1n+1=Q1n’Q0nTY+Q1Q0n+Q1nQOn’TY’

Q0n+1=Q1n’Q0n’TG1+Q1n’Q0n+Q1nQ0nTG2’

ST=Q1n’Q0n’TG1+Q1n’Q0nTY+Q1nQ0nTG2+Q1nQ0n’TY

    根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1n、Q0n）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。

控制器如图3：

图3主控电路

4．信号灯译码驱动电路及信号灯

译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态，翻译成6个信号灯的工作状态。

控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表1.4所示。

表1..4控制器状态编码与信号灯关系

Q1Q0

ARAYAG

BRBYBG

00

001

100

01

010

100

10

100

001

11

100

010

由计算得：

AR=Q1BR=Q1'

AY=Q1'Q0BY=Q1Q0

AG=Q1'Q0'BG=Q1Q0'

从而得译码电路及交通灯连接图如图4

图5信号灯译码驱动电路及信号灯

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

2.PCB板图

3.元件清单

元件序号

QuantityDescriptionReference_IDPackage

================================================================

1555U10DIL08

274LS153U4、U5DIL16

274LS74U6：

A、BDIL14

274160U1、U2DIL16

27411U9：

A、BDIL14

6RES，200R1、R2、R3、R4、R5、R6RES40

2RES，48KR8，R9RES40

47400U8：

A、B、C、DDIL14

27404U7：

B、CDIL14

27SEG-BCD

2LED-RED

2LED-GREEN

2LED-YELLOW

2AUDIOC、C2AXIAL200

五、结论

在proteue7.5上调试达到了预期的效果，但电路任然有不足之处，比如定时器设计成倒计时将更符合实际生活；应该有使主干道和支干道同时是红灯的开关，以便特殊情况下的通行等。

六、收获与体会

通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。

电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。

巩固数字逻辑电路的理论知识，方案总共只用了八个芯片，对74160计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使D触发器和数据选择器74153从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理。

更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。

协作的重要性。

做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时弄不懂的一些问题，做完课程设计，就迎刃而解了。

而且还记住了很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过！

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

这次课程设计很有意义。

七、参考文献

《数字电子技术基础》（第五版）高等教育出版社