交通灯[1]1

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1、湘潭大学数字电路课程设计班级：09 级建筑设施智能技术一班姓名：朱雄风 学号：2009551528时间：2011 年 11 月 5 日 目 录1、前言2、课程设计题目3、交通灯控制的功能4、设计原理与参考电路5、单元电路的设计6、结论7、心得体会8、参考文献前言在城镇交通的十交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮表示该条路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上为国停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路可以通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态装换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理

2、的自动化。课程设计题目 交通灯定时控制系统的设计、制作。交通灯控制的功能要求 设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为 25 秒。（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮五秒钟，才能变换通行车道。（3）黄灯亮一次，要求每秒钟闪亮一次。设计原理与参考电路 （1）分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图 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

3、分，由它控制定时器和译码器的工作。图中： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 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 交通灯控制系统的原理框图（2）画出交通灯控制系统的 ASM（算法状态机）图1、图 1 中甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮满规定的时间隔 TL 时，控制器发出状态信号 ST，转到下一工作状态。 2、甲车道黄

4、灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车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，乙车道禁止通行。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、甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮满规定的时间间隔 TL 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。 4、甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车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。黄灯亮满规定的时间间隔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

5、。设控制器的四种状态编码为 00、01、11、10，并分别用 S0、S1、S3、S2 表示，则控制器的工作状及功能如表 1 所示：表 1 控制器工作状态及功能控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定： AG=1：甲车到绿灯亮； BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车到黄灯亮； BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车到红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。由此得到交通灯的 ASM 图，如图 2 所示：控制状态 信号灯状态 车道运行状态S0（00） 甲绿、乙红 甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01） 甲黄、乙红 甲车道缓行，乙车道禁止通

6、行S3（11） 甲红、乙绿 甲车道禁止通行，乙车道通行S2（10） 甲红、乙黄 甲车道禁止通行，乙车道缓行逻辑总图如图 2 所示图 2四单元电路的设计（1）秒脉冲发生器 秒脉冲发生器由 NE555 电路及外围电路组成，其中 R6,C2 的电阻电容值决定了脉冲宽度。图 3 秒脉冲发生器原理图如图 3 所示，R6、C2 组成一个串联 RC 充放电电路，在 NE555 的 7 脚上输出一个方波信号，C2 上得到一个三角波。此三角波送到 NE555 的 2 脚输入端。由 NE555 内部的比较器和门电路共同作用，维持 7 脚上的方波信号和 3 脚上的输出方波。（2）定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉

7、冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号 ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增 1 计数，向控制器提供模 5 的定时信号 TY 和模 25 的定时信号 TL。计数器选用集成电路 74LS163 进行设计。74LS163 是 4 位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。其功能表如表 2 所示。图 4 中，SR 是低电平有效的同步清零输入端，LD 是低电平有效才同步并行置数控制端，CEP、CET 是计数状态选择端，TC 是进位输出端， P0P3 是并行数据输入端，Q0Q 3 是数据输出端。表 2 74LS163 功能表其工作原理为：由秒脉

8、冲发生器产生的秒脉冲 CP 分别送给两个 74LS163的清零端 2 处。如图所示：输入端 3.4.5.6 分别接地.。U1 的 7 和 10 与 U2 的 15相连。.即：只有当时 15 处产生一个高电平脉冲时才能触发 U1 中的 14 产生脉冲同时和 U3A 中的 2 下作用产生脉冲。74LS00 在 ST 中 12.13 共同作用下将信号 11 分别送给 U1 和U2 的 SR。可以得到 TY 和 TY 非是秒脉冲的 4 倍；TL 和 TL 非的结果是秒脉冲的 24 倍。 图 4-4 定时器部分的工作图（3）控制器 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

9、换。列出控制器的状态转换表，如表 3 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 TL 和TY，当控制器处于 Q1n+1Q0n+1 00 状态时，如果 TL 0，则控制器保持在 00状态；如果，则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1 01 状态。这两种情况与条件 TY 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。控制器逻辑图如图 5 所示。表 3 控制器状态转换表根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将 Q1n+1、Q 0n+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

10、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：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。图中 R、C 构成上电复位电路 。控制器原理图如图 5 所示。由两个双多路转换器和一个双 D 触发器组成控制器。触发器记录 4 种状态，多路转换器与触发器配合实现 4 种状态的相互转换。其原理为：CP 分别送给 U7A 和 U7B 的 3 和 11 的清零端。将 TY 接入 U6的 5 和 U8 的 4 和 5；T/Y/接入 U6 的 4。如上图所示：FF1。FF0

11、 两个 D 触发器作为时序寄存器产生 4 种状态。选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到 74LS153 的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。图 5 控制器原理图（4）译码器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，翻译成甲、乙车道上 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 4 所示。表中 A、B 代表甲、乙车道。表 4 控制器状态编码与信号灯关系表Q1 Q0 AG AY AR BG BY BR0 0 1 0 0 0 0 10 1 0 1 0 0 0 11 0 0 0 1 1

12、 0 01 1 0 0 1 0 1 0图 4-7 译码器部分原理图由秒脉冲发生器产生了周期性变化的 CP 脉冲，一部分送给了定时器的74LS163 芯片，另一部分送给了控制器的 74LS74 芯片。在脉冲 ST 同时加到定时器 74LS163 芯片的情况下，通过芯片 74LS00 将会输出TY。T/Y/；TL。T/L/ 。即 TY 和 T/Y/放大的结果是秒脉冲的 5 倍；TL 和 T/L/放大的结果是秒脉冲的 25 倍。前者输出的信号是后者的 1/5。将定时器输出的TY。T/Y/；TL。T/L/ 分别作用于控制器的芯片 74LS153 中，在 CP 脉冲置于芯片 74LS74 中会输出高低变

13、化的电平。控制器中的信号在送给由芯片 74LS00 组成的译码器后再通过电路中的指示灯和 200 欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。五、结论1、能实现的功能 交通灯的状态转换和倒计时时间的显示，基本能实现东西、南北直行和转弯灯的显示功能。2、不足之处（1）在现实中晚上没有行人，可以不用交通灯控制，只需要黄灯亮着提醒人们前方有路口即可。那就需要一个始终显示模块，指定的时间内回到初始状态也就是我用的 EN=0 是的状态。只是人为控制，若有 24 小时的计时会使交通灯的控制智能化。（2）有些城市的交通灯中也有右转灯，这个程序中有很多地方仍然需要改进。六.体

14、会总结通过这次课程设计，加强了我动手、思考和理解能力。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，同时我认识到是学习不断的反复的过程，当时你可能弄懂了 但是过一段时间以后你也许就忘记，所以我觉得我们在学习过程中一定要不断的复习学过的知识，这次课程设计是对去年学过的数字电子技术基本知识的应用，虽然对数字电路的一些知识考点什么的了解比较好，但对数字电子技术中的有些实践东西就不太熟悉，通过这次实习，更深刻的了解了各种芯片的引脚、逻辑图以及功能表，能够用各种芯片以及触发器等组建逻辑电路同时认识到数字电路这一门课的实际引用。自己如何从那些芯片中找到自己需要的，然后引用起来，这次的设计虽然短暂.但却是我第一次自己动手设计的电路.以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现.在设计过程中,我当时觉得逻辑很简单，电路图很容易，有点想当然，但在我遇到了许多瓶颈，所以我想说实践才是真理呀七参考文献参考资料阎石：数字逻辑与数字集成电路清华大学出版社 2004 年 6 月第 5 版