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1、1目录目录摘摘 要要2 2关键词关键词2 2引引 言言3 3一、交通信号灯的设计目的以及要求一、交通信号灯的设计目的以及要求4 4二二. .交通信号灯基本原理及设计方法交通信号灯基本原理及设计方法4 4三、主控制器三、主控制器6 63.1 74LS90 引脚排列图与逻辑图.6 3.2 74LS90 的功能表及引脚功能.7四、计数器四、计数器9 94.1 计数器的作用 .9 4.2 计数器的工作情况 .9 4.3 控制信号灯的译码电路的真值表 10 4.4 置数电路 11 4.5 状态译码电路 12五五. .译码显示电路译码显示电路13135.15.15.1 共阳极共阳极共阳极 LED 七段数码
2、管 13 5.2 74LS247 译码器.14六六.555.555 振荡器构成的秒脉冲电路振荡器构成的秒脉冲电路 16166.1 555 定时器的引脚.17 6.2 555 定时器构成的多谐振荡器.18 6.3 555 定时器工作原理.19七、交通灯信号灯控制总体框图七、交通灯信号灯控制总体框图2020八八. .组装和调试过程组装和调试过程2121总总 结结2323参参 考考 文文 献献23232交通信号灯控制系统的设计交通信号灯控制系统的设计摘摘 要要随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于 1918 年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约
3、市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调， 多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。关键词关键词：控制器 计数器 信号灯 译码电路3引引 言言黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事
4、长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。 中国最早的马路红绿灯，是于 1908 年出现在上海的英租。 从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化
5、、方便人、车、路三者关系的协调， 多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。4一、交通信号灯的设计目的以及要求一、交通信号灯的设计目的以及要求十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。本课题利用数字路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求。1.掌握系统设计的一般步
6、骤和方法，掌握一个大的系统中各子系统之间的相互作 用和相互制约关系；2.运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统。通过系统设计、电路安排与调试、写设计论文等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平；3.学会用中规模器件设计一个符合要求的系统，并熟悉常用中规模器件的用法。4.学会按照电路图在面包板上合理布局使各器件在系统中的连线更简单，清晰；5.掌握连接实物图的一般步骤和方法，学会系统安装与调试的一般步骤和方法。6.在实践中运用理论知识，培养实际动手能力；7.主干道的通行时间长于支干道的通行时间；8.每次由绿灯变为红灯或由红灯变为
7、绿灯的前 5 秒四个路口要亮黄灯以提示过往车辆及行人注意路灯变化，安全通行；9.设计正计时 60s、50s 计时数码实现电路，要求每秒钟改变一次数字； 10在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮 5 秒钟，以便让后来车辆准备停车。由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为 60 秒；而支干道通行时间为 50 秒。二二.交通信号灯基本原理及设计方法交通信号灯基本原理及设计方法十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路
8、口如图 3-1 所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。5七七七七七七七七七七七七路口交通指挥系统示意图设主干道通行时间为 N1，干道通行时间为 N2，主、支干道黄等的时间均为 N3，按主支干道通行的时间来看，设置 N1N2N3。系统工作流程图如图所示。主干道绿灯亮，支干道红灯亮计数 器由 N1 到 60 递增计数主干道黄灯亮，支干道红灯亮计数 器由 N3 到 5 递增计数主干道红灯亮，支干道绿灯亮计数 器由 N2 到 50 递增计主干道红灯亮
9、，支干道黄灯亮计数 器由 N3 到 5 递增计S1S2S3S0系统工作流程图要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位 8421BCD 码的计数、译码显示器。 6显示器译码器计数器时钟信号发 生器支干道 信号灯信号灯译码驱动电路主干道 信号灯主控 电路交通信号灯控制原理电路框图十字路口车辆运行情况只有 4 种可能：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为 60s。2）60s 后，主干道停车，支干道仍不通行
10、，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为 5s。3）5s 后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为 50s。4）50s 后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为 5s。5s 后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有 4 种状态，设这 4 种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图所示。S0S1S2S360s 后5s 后50s 后5s 后状态转换图 三、主控制器三、主控制器3.1 74LS90 引脚排列图与逻辑图引脚排列图与逻辑图十字路口车辆运行情况只有 4 种可能，7实现这 4 个状态的电路，可用两个触发器构
11、成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。我采用二-十进制计数器 74LS90 实现。采用反馈归零法构成 4 进制计数器,即可从输出端 QBQA得到所要求的 4 个状态。图 4-1 74LS90 管脚排列图,逻辑图如图所示。为以后叙述方便，设 X1=QB,X0=QA。74LS90 管脚排列图74LS90Q AQ BQ CQ DR01 R02 S91 S92CP0CP1主控制器的逻辑图3.2 74LS90 的功能表及引脚功能的功能表及引脚功能. .74LS90 功能表输 入 输 出 清 0 置 9 时 钟 QD QC QB QA 功 能 8R0(1)、R0(2) S9(1)、S9(2)
12、CP1 CP2 1 1 0 0 0 0 0 0 清 0 0 0 1 1 1 0 0 1 置 9 1 QA 输出二进制计数 1 QDQCQB 输出五进制计数 QA QDQCQBQA 输出 8421BCD 码 十进制计数 QD QAQDQCQB 输出 5421BCD 码 十进制计数 0 0 0 0 1 1 不 变 保 持 如表 7 4LS90 功能表：7 4LS90 逻辑功能为(1)计数脉冲从 CP1 输入，QA 作为输出端，为二进制计数器。 (2)计数脉冲从 CP2 输入，QDQCQB 作为输出端，为异步五进制加法计数器。 (3)若将 CP2 和 QA 相连，计数脉冲由 CP1 输入，QD、QC
13、、QB、QA 作为输出端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器。(4)若将 CP1 与 QD 相连，计数脉冲由 CP2 输入，QA、QD、QC、QB 作为输出端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器。(5)清零、置 9 功能。a) 异步清零当 R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA0000。9b) 置 9 功能当 S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置 9 功能，即QDQCQBQA1001。四、计数器四、计数器4.1 计数器的作用计数器的作用计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道
14、车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行 60s、50s、5s 3 种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。4.2 计数器的工作情况计数器的工作情况计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态 S0 时开始 60s 计数；60s 后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S1，计数器开始 5s 计数；5s 后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S2，计数器开始 50s 计数；50s 后也产生归零脉冲，并向主控制器发出
15、状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S3，计数器又开始 5s 计数；5s 后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态 S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设 60s、50s、5s 计数的归零信号分别为 A、B、C，则计数器的归零信号 L 为：L=A+B+C其中：A=S0 QC2= QC2 B=S2 QB2 QA2= QB2 QA2C=S1 QB1 QA1+S3 QB1QA1= X0 QB1 QA1考虑到主控制器的状态转换为下降沿触发，将 L 取反后送到主控制器的 CP 端作为主控制器的状态转换信号。可选用集成异步十进制加法记数器(74LS90)。
16、图 5-1 计数器。1074LS90Q0Q1Q2Q3CP0CP1R0R1S0S174LS90Q0Q1Q2Q3CP0CP1R0R1S0S1a、b、c、d、e、f、g 是输出端,输出低电平有效,和共阳极半导体发光数码管各发光段的阴极引出线相互连接，下面是七段数码显示器管脚接法，74LS247 和数码管的管脚排列图:16图 段数码显示器管脚接法abfcgdeVCC1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp9BIN/7-SEG T1 14&5CT=03G21V207112246813a 20,2112b 20,2111c 20,2110d 20,219e 20,2115f 20,2114g 20,2174LS247VCCGND0.1KVCC5V5VLE D七七七七七.图 码连接电路图3. 真值表共阳极数码管的数字显示真值表如下表所示表 七段显示译码电路真值表六六.555 振荡器构成的秒脉冲电路振荡器构成的秒脉冲电路555 定时器是种中规模集成电路，只要外部配上适当阻容元件
