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1、 十字路口交通灯课程设计课程设计题目：十字路口交通灯课程设计目 录引言2第一章设计任务与要求3十字路口交通管理控制器的设计3第二章设计方案3第三章设计原理与电路41 总体设计42 单元电路的设计和元器件的选择5第四章电路的组装和测试12第五章设计总结15参考文献17附录 117元器件清单17附录 218Protel原理图18PCB模板图19引言城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现，使交通得以有效地管制，对于疏导交通、减少交通事故有明显的效果。现有2条主干道汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由
2、红、黄、绿3色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。第一章 设计任务与要求十字路口交通管理控制器的设计任务说明：在主、支道路的十字路口分别设置三色灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮要求压线车辆快速穿越。根据车流状况不同，可调整三色灯点亮或关闭时间。要求：可用LED模拟交通灯；南北方向绿、黄、红灯亮的时间分别为30秒、5秒、25秒；次道路绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、35秒；主、次道路时间指示采用
3、倒计时制，用2位数码管显示。第二章 设计方案根据设计要求，主道路绿、红、黄灯亮的时间分别为30s、25s、5s,次道路绿、红、黄灯亮的时间分别为20s、35s、5s.设计的系统可以由控制器、定时器、秒脉冲信号发生器、信号灯等组成。其中控制器是核心部分，由它控制定时器与移位寄存器的工作。秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需要的标准信号，译码器输出两路信号灯的控制信号号。T1和Ty未定时器的输出信号，St为控制器的输出信号。2-1 交通灯控制器框图Tl：表示主道路或次道路绿灯亮的时间间隔，即车辆正常通行的时间间隔。定时到Tl=1，否则Tl=0.Ty：表示黄灯亮的时间间隔，定时到，Ty=1，否则T
4、y=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一个工作状态的定时。第三章 设计原理与电路1 总体设计根据设计要求主道路绿、黄、红灯亮的时间分别为30秒、5秒、20秒，此道路绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、30秒。其时序关系如图1-1所示。南北方向绿灯：东西方向绿灯：南北方向黄灯：南北方向红灯：东西方向黄灯：东西方向红灯：5秒5秒30秒25秒20秒35秒循环周期图1-1 交通灯时序工作图时钟电路主道计数器次道计数器译码显示器译码显示器组合电路组合电路秒脉冲电路主绿主黄主红次绿次黄次红计 数 器组 合 逻 辑 电 路根据要求通指示灯定时亮灭，时间指
5、示采用倒计时显示，则需要由定时系统，计数器，时钟电路等来满足，状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过译码器分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的的回零脉冲时状态控制器完成状态转换。其工作框图如图1-2所示图1-2 交通管理控制器框图2 单元电路的设计和元器件的选择2.1 控制器电路 根据设计要求各信号灯的工作顺序流程图如图2-1-1所示.信号灯四种不同的状态分别用S0（主绿灯亮，次黄灯亮）表示、S1（主黄灯亮，次红灯亮）表示、S2（主红灯亮，次绿灯亮）表示、S3（主红灯亮，次黄灯
6、亮）表示，其状态编码即状态与状态转换图如图2-3-2所示。2-1-1 交通灯顺序工作流程图这是一个二位二进制计数器。可以采用计数器74LS160构成状态控制器，74LS160的功能表如图2-1-2所示。图2-1-27LS160（交通灯状态控制器）CPRLDEP ET工作状态0置零10预置数110 1保持11 0保持（但C0）111 1计数表 2-1-1 7LS160 的功能表（其中，“”表示上升沿）计数 脉冲电 路 状 态等效十进制数输出CQ0 Q1 Q2 Q30000000100011020010203000000表2-1-2 74LS160真值表（再设计中所用的部分）7LS160是同步十进
7、制加法计数器。当R时所有触发器将同时被置零，而置零操作不受其他输入端的影响。当R，LD时，电路工作在同步预置数状态。当RLD而EP0，ET1时，CP信号到达时各个输出端均保持原来的状态不变。同时，进位端C的状态也保持不变。如果ET0,无论什么状态，计数器的状态也保持不变，但此时进位端C为零。若RLDEPET1时，电路工作在计数状态。2.2 脉冲信号发生电路 产生秒脉冲的电路有多种形式，这里采用555的定时器组成的秒脉冲信号发生器，如图2-2所示。因为该电路输出脉冲周期为：T(R1R2)Cln2,若 T1s,令C10F,R143K,R250K,经过计算的，则。从而使得传输脉冲周期为图2-2 55
8、5定时器构成的多谐振荡器与输出图1 表示 GND， 2 表示 TL， 3 表示 OUT， 4 表示 RD， 5 表示 Vc， 6 表示 TH， 7 表示 Co， 8 表示 VCC。555电路部是由两个电压比较器A1和A2，一个基本RS触发器，一个集成电路开关放电三级管T三部分组成。比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成的分压器提供。TL是低电平触发端（2端），当2脚的输入信号低于13 VCC时，触发器置位,3脚输出高电平，同时放电开关管截止；RD是复位端或置零输入端（4端），当RD0,555的输出端Vc立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响，正常工作时，必须使RD处于高电平；Vc控制电路端
9、（5端），在不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定；TH高电平触发端(6端)，当6脚的输入信号超过参考电平23 VCC时，触发器复位，输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通。2.3 交通灯显示电路主、次道路上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。他们之间的关系渐真值表.对于信号灯的状态，“”表示灯亮，“”表示灯灭。表3-3-1 信号灯信号真值表状态控制输出主道路信号灯次道路信号灯根据真值表，可以求出各信号灯的逻辑表达式为：Y=Q0Q1 R=Q0Q1 G=Q0Q1y=Q0Q1 r=Q0Q1 g=Q0Q1选择半导体发光二
10、极管模拟交通灯，根据逻辑表达式设计组合逻辑电路以达到交通灯状态转换。故状态译码器的电路组成如图所示。图2-3 状态译码器的显示部分2.4 定时系统根据设计要求，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，以完成30秒、20秒、5秒的定时任务。该定时器由两片74LS192构成的两位十进制可预置减法计数器完成；时间状态由两片74LS47和两支LED数码管对减法计数器进行译码显示。预置到减法计数器的时间常数通过三片8路双向三态门74LS245来完成。三片74LS245的输入数据分别接入30、20、5三个不同的数字，任一输入数据到减法计数器的置入由状态译码器的输出信号控制不同74LS245的
11、选通信号来实现。如图2-4-1所示。3 芯片介绍74LS245是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据，用于驱动LED或其他设备。74LS245还有双向传输功能，既可以输出数据，也可以输入数据。若E为高电平时，A和B均为高电平，若E为低电平时，DIR1时,信号由A向B方向传输，DIR0时，信号由B向A传输。74LS245芯片电路解析图2-4-1 74LS245逻辑符号74LS192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。当清除端MR为高电平“1”时，计数器直接置零。当MR为高电平时，置数端PL也为低电平，数据直接从置数端P0、P1、P2、P3置入计数器。如图2-4-
12、2所示。当MR为低电平PL高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CPD接高电平，计数脉冲由CPU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入。（a）管脚图 （b）逻辑符号图2-4-2 74LS192的管脚和逻辑符号PL置数端 CPU加法数端 CPD减法计数端MR清除端 CO非同步进位输出端 BO非同步借位输出端P0、P1、P2、P3计数器输入端 Q0、Q1、Q2、Q3数据输出端74LS192的功能表如下表2-4-1所示输 入输 出MRPLCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加法器011减法器七段显示译码器是驱动七段显示器件的专用译码器，它可以把输入的二十进制代码转换成七段显示管所需要的输入信息，以使七段显示管显示正确的数码。七段显示译码的示意图如图3-25所示。 适用于七段字形共阴极显示管的译码器集成电路有CT7448，CT74LS48等型号，适用于共阳极七段管的译码器有CT7447，CT74LS47等型号。CT7447的逻辑符号示于图3-24所示。图中：D、C、B、A：是BCD码输入信号，ag：译码输出，低电平有效：.熄灭
