《交通信号灯电路的设计经典》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号灯电路的设计经典（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 1交通信号灯电路的设计1 技术指标:设计一种利用发光二极管作为交通信号灯的指示，实现南北、东西车道的交替通行，要求实现南北车道方向循环显示的顺序是绿灯、黄灯、红灯；东西车道方向循环显示的顺序是红灯、绿灯、黄灯。2 设计方案及其比较：如今，社会公路交通日趋发达，因此为控制行人和车辆通行秩序以及避免交通事故的发生人们设计产生了交通信号灯。因为要根据不同交通道路情况指定不同的通行规则，于是交通信号控制电路应运而生。2.1 设计总思路：由于数字电路技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制系统很容易实现。只要数字集成块在一定范围内输入，都能得到确定的输出
2、，调试起来也比较容，电路的工作状态会比较稳定。这次的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通等的六个不同信号灯的控制，另外还加以数码管显示。以做到十字路口信号灯的仿真模型，这个电路的设计看似较为复杂，其实就是一些基本的数字电路组成。只要将整个电路的基本方向确定下来，画出电路流程图，在对各项功能进行设计，一步步突破，最后进行整理总结。首先分析实际交通灯控制电路，从主干道（南北方向）和支干道（东西方向）入手，路口均有红、黄、绿三个交通灯显示数码管。其示意图如下：图 1，十字路口交通信号灯控制示意图：为了相对的更符合实际情况，我们取 S0,S1,S2,S3 分别为 27s，3s，27s
3、，3s，即：要求实现逻辑功能，在 1-3 状态循环。1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间 27s；武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 22、东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮，时间 3s；3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 27s；4、南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮，时间 3s；图 1 十字路口交通信号灯控制示意图2.2 方案一设计电路图如图所示（为了能让读者观察方便，我们将图二完整的电路图拆分成图三与图四两部分）：武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 3图 2 完整电路图图 3 部分电路图其中 74LS161 的 CLK 接受方波脉冲，74LS138 的 Y0、Y
4、1、Y2、Y3 去置数和控制信号灯的状态。左边的 74LS161 通过清零反馈实现十进制计数，右边的 74LS161 通过清零反馈实现六进制计数，其中，由于 74LS161 是通过上升沿来触发的，所以我们在 Q2，Q3接个与非门来实现十进一的功能。经过 74138 译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中 74160 的 QC 端经过一个非门接其置数端，当 QC 为 1 时，计数器置数回到 0，从而控制电路的状态循环，同时 QA，QB 的变化经过译码器 74138武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 4后控制整个电路及交通灯的循环。74LS160 是一个具有异
5、步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器 ,管脚图如 5。只有当 EP、ET 均为高电平时才能正常工作。整个交通灯状态分为四部分，真值表与状态如表 1。横纵向干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。用 1 表示灯亮。用 0 表示灯不亮。表 1 交通灯状态真值表横向的交通信号灯纵向的交通信号灯时间对应二进制红(R1)黄(Y1)绿(G1)红(R2)黄(Y2)绿(G2)0260000 00000010 011000110027290010 01110010 100101010030560011 00000101 011010000157590101 01110101 10011
6、00010根据表中数据，可得出各个信号灯与时间的关系。如下表 2 所示：表 2 信号灯与时间关系表红(R1)黄(Y1)绿(G1)十位个位十位个位十位个位0011011100000000100101001000000101010000100100101001001000000110红(R2)黄(Y2)绿(G2)十位个位十位个位十位个位0000011100110000100100011000010000100000100101011001010100000110即：武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 565432105436543210210172172210543212121ZZZZ
7、ZZZYYYGZZZZZZZYYYGQZYYQZYYYYYRYYYRDD其中，分别表示译码器 U2 的 8 个输出端口，分别表示译码710YYYL710ZZZL器 U6 的 8 个输出端口。表示计数器 U1 的第 11 端口。根据上式，即可列出相应的逻1DQ辑电路图。图 4 部分电路图2.3 方案二电路设计图如图所示：武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 6图 5 方案二电路图下面我们具体介绍一下电路。控制器：十字路口的车辆运行情况由以下 4 种可能：A 主干道通行支干道不通行，此时主绿灯支红灯亮，持续 27 秒。B 主干道停止，支干道仍不通行，此时主黄灯支红灯亮，持续 3 秒。C
8、主干道不通行支干道通行，此时主红灯支绿灯亮，持续 27 秒。D 主干道仍不通行支干道停止，此时主红灯支黄灯亮，持续 3 秒。则主控制器有 S0、S1、S2、S3 四种状态。因此主控制器可由 74LS161 接成四进制计数器实现这四种状态。D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1374LS161U12NOT图 6 控制器电路图武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 7计数器：计数器有两个作用：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间进行 30 秒，27 秒，3 秒 3 种方式的计数；二是向主控制器发出状态转
9、换信号，主控制器根据状态转换信号进行转换。计数器工作状态由主控制器控制： S0 状态时，计数器开始30秒计时，30 秒后产生归零脉冲并向主控制器发出状态转换信号，计数器归零，主控制器进入 S1 状态，计数器开始3 秒计时，5 秒后产生归零脉冲并向主控制器发出状态转换信号，计数器归零，主控制器进入S2 状态，计数器开始27 秒计时，27 秒后产生归零脉冲并向主控制器发出状态转换信号，计数器归零，主控制器进入S3 状态， ，计数器又开始3 秒计时，3 秒后产生归零脉冲并向主控制器发出状态转换信号，计数器归零，主控制器回到S0 状态。开始新的循环。控制信号灯译码电路：如表所示表 3 信号灯与状态关系
10、表状态对应六个灯的状态AB红(R1)黄(Y1)绿(G1)红(R2)黄(Y2)绿(G2)00001100010101001010000111100010U3 NAND U5 NANDD03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U674LS161D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U174LS161A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274LS138A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y31
11、2Y411Y510Y69Y77U474LS138图 7 计数器电路图即得出关系式为：武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 8BAGBAYARBAGBAYAR222111相应的电路图如图所示：D1 LED-GREEND2 LED-YELLOWD3 LED-REDD4 LED-GREEND5 LED-YELLOWD6 LED-REDR110BAU17 ANDU18 ANDU20 ANDU21 AND图 8 信号灯电路图多谐振荡电路：秒振荡电路可由 555 多谐振荡器构成，其震荡频率为 f=1/(R1+2R2)Cln2,通过改变 R 和 C 的参数改变其频率为 1Hz 参数计算如下：取 C
12、2=10F，要得到1HZ 的方波信号，低电平时间 T2=0.5S，高电平时间 T1=0.5S 由（R1+2R2）C*0.69=T，T1=(R1+R2)*C*0.69，T2=R2*0.69*C，得：R2=72.4k，R1=0。武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 9R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1NE555BAT1 9VC1 10nFC2 10uFABCDR5 50kR6 50k+88.8Volts图 9 多谐振动器电路图2.4 方案三考虑到所给的实验器材有限，很难完成上述两个较为复杂的电路，所以第三个方案我们根据已有的实验器材设计一个较为简单的电路。实验电路原理图
13、如图所示：R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U1 NE555C1 10nFC2 10uFR1 50kR2 50kB1 6VD03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U274LS161A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U374LS138D1LED-GREEN1D2LED-GREEN2D3LED-YELLOW2D4LED-YELLOW1D5LED-RED1D6LED-RED21 2 1312U4:A 74LS113 4 56U4:B 74LS11R3300123U
14、5:A 74LS08456U5:B 74LS08图 10 方案三电路图根据以上的设计，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 10完成甲车道 3 秒，1 秒，4 秒，乙车道 4 秒，3 秒，1 秒的定时任务。该定时器由 1 片74LS161 构成的十六进制可预置数加法计数器完成；时间状态由带译码器的 led 数码管对加法计数器进行译码显示；预置到加法计数器的时间常数，通过状态控制电路的译码器74138 的输出端 Y0、Y1、Y2、Y3。当状态控制器 74LS161 的输出QCQBQA=000，001，002 时经过译码器 7413
15、8 后对应的输出为低电平，经过三输入非门，就可以控制相应绿灯的状态。此时只有在 000，001，010 时对应输出为低电平，同理，状态控制器状态变化时，通过对应门电路去控制灯的电位，这样就形成了置数的循环控制，实现了交通的定时循环系统。其实交通的定时系统分为 4 部，甲车道为 3 秒、1 秒、4 秒，对应乙车道为 4 秒、3秒、1 秒。正好用译码器的四个输出端 Y0Y1Y2Y3 来控制，因为 Y0Y1Y2Y3 为低有效所以经过非门后 只有其中一个端口有效置数。2.5 方案比较从电路布线来看，方案三最简单，方案一二较为复杂。就原理上来说方案一二也虽然电路复杂，但原理简单。方案一三原理基本相同，直接通过译码器以及相关的门电路设计相应的逻辑结构。而方案二则是通过四个关键的时间点，结合相应的门电路，一旦到了那个时间点，就出发相应的四进制计数器，通过该计数器的四种不同状态以及对应的不同输出从而可以控制灯的亮暗。3 实现方案3.1 电路布线及原理本次试验本小组选用方案一作为用来实现要求的方案。其电路图如方案一中图 10 所示，下图 11 为测试电路的布线图。武汉理工大学专业课程设计（二） 课程设计说明书 11图 11 电路布线图3.2 各个元器件的说明表 4 各个元器件说明 名称数量功能备注 直流稳压电源1为芯片提供电压使
