交通灯控制电路设计.docx

1、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51秒脉冲发生器 52定时器 6 3控制器 64 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

2、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

3、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

4、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

5、，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。

6、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.14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）C2R2R1图2.2 脉冲电路参数计算如下：取R1=

7、60k（可调），R2=100 k，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T

8、Y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Q1n Q0nTG1 TG2 TYQ1n+1 Q0n+1ST0 000 000 01000 110 100 100 111 011 001 001 011 111 101 101 110 01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=Q1nQ0nTY+Q1Q0n+Q1nQ

9、OnTYQ0n+1=Q1nQ0nTG1+Q1nQ0n+Q1nQ0nTG2ST=Q1nQ0nTG1+Q1nQ0nTY+Q1nQ0nTG2+Q1nQ0nTY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Q1 Q0AR AY AGB

10、R BY BG0 00 0 11 0 00 10 1 01 0 01 01 0 00 0 11 11 0 00 1 0由计算得：AR=Q1 BR=Q1 AY=Q1Q0 BY=Q1Q0 AG=Q1Q0 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Quantity Description Reference_ID Package= 1 555 U10 DIL082 74LS153 U4、U5 DIL162 74LS74 U6：A、B DIL14 2 74160 U1、U2 DIL16 2 74

11、11 U9：A、B DIL146 RES，200 R1、R2、R3、R4、R5、R6 RES402 RES，48K R8，R9 RES404 7400 U8：A、B、C、D DIL142 7404 U7：B、C DIL142 7SEG-BCD2 LED-RED2 LED-GREEN2 LED-YELLOW2 AUDIO C 、C2 AXIAL200 五、结论在proteue 7.5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

12、。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