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1、交通灯控制电路设计方案1 概述伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高 , 汽车的数量在不断的增加 , 交 通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了 , 所以，设计交通灯 来完成这个需求就显的越加迫切了。 为了确保十字路口的行人和车辆顺利、 畅通 地通过, 往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。交通信号灯作为一个用来指挥车辆顺利、 畅通通过十字路口的装置与我们的 生活紧密的联系在一起。 设计交通灯控制电路的方法有很多种， 由于数字电子技 术的逻辑性很强， 用它来设计交通灯的控制电路非常方便。 而且数字电子技术芯 片只要在一定的范围内输入， 都能得到稳定的输出， 调试简单， 电路的工作
2、也比 较稳定。这次我设计的交通灯控制电路就是通过基本的一些数字芯片组合来对十字 路口交通灯的六个不同信号灯的控制， 另外还加以倒计时直观显示。 这个电路的 设计看似起来比较复杂， 但它也是由一些基本的电路组成。 只要将实现整个电路 的基本设计思路和方案确定下来，画出方框图再对个功能方框的电路进行设计， 一步步突破，最后整理设计出整个电路的原理图来。在此对电路的详细设计过程总体概括一下：首先，画出设计的控制电路的方框图。其次，对各功能电路的实现进行论证介绍。再次，对各功能电路的设计进行详细的介绍。至此这次的课程设计也就完成了， 但对电子知识和技能的学习与探索将永不 停止2. 课程设计任务及要求2
3、.1 设计任务用常用的中、 小规模数字集成电路 （参见材料清单） 设计一个交通灯控制电 路。自行设计，并完成系统功能的检验。2.2 设计要求（1）要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道 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3.理论设计3.1 方案论证交通灯控制电路， 要求每个方向有
4、三盏灯， 分别为红、黄、绿，配以红、黄、 绿三组时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯 顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共 有四种，分别为：状态 0：东西方向车道的绿灯亮， 人行道的绿灯亮； 南北方向车道的红灯亮， 人行道的红灯亮状态1:东西方向车道的黄灯闪，人行道的红灯亮；南北方向车道的红灯亮, 人行道的红灯亮；状态2:东西方向车道的红灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的绿灯亮, 人行道的绿灯亮；状态3:东西方向车道的红灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的黄灯闪, 人行道的红灯亮；4 种状态循环往复，并且车道红灯的倒计初始值为绿灯
5、的倒计初始值和黄灯 的倒计初始值之和。交通灯电路的具体运行状态如表 2.1所示：表3.1交通灯运行状态东西方向车道东西人行道南北方向车道南北人行道红黄绿红绿红黄绿红绿0亮灭灭亮灭灭灭亮灭亮1亮灭灭亮灭灭闪灭亮灭2灭灭亮灭亮亮灭灭亮灭3灭闪灭亮灭亮灭灭亮灭3.2系统设计321结构框图及说明交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图3.1所示，有脉冲电路、倒计时电、状态控制电路、灯显示电路。图3.1 交通灯控制电路结构框图东西方向红灯南北方向黄灯系统原理图及工作原理东西方向黄灯 南北方向红灯东西方向红灯南北方向绿灯3.3单元电路设计331单元电路工作原理3.3.1.1脉冲电路 利用555定时器为主组
6、成多谐振荡器，输出1Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能 组成的脉冲电路如图3.2所示:R1R20 Vcc0 Vcc VoVo0.01 F0.01 F图3.2脉冲电路参数计算如下：tpL R2CI n2 0.7R2CtpH (R1 R2)CI n2 0.7(R1 R2)C1.43tpl tph (R2R2)C取R仁60kW（可调），R2=100 kW, 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。3.3.1.2 倒计时电路十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具 体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1
7、的计数方式工作，直至减到数为5和0,十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入 下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向 （支 干道）车道两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、支干道每次通行时间为 20秒。也就是一个循环是50秒，如此先显示30 秒后显示20秒倒计时，然后再显示30秒倒计时，以此类推。设计时采用两块74LS193, 块是显示十位，一块是显示个位。个位接成十 进制，从9开始倒计时，当到达0时，向高位发出一个借位信号，再继续从 9 倒计时。一开始使十位数置数为3,二进制为0011,个位数为0,二进制为0000, 此时个位
8、产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的74LS193芯片倒计时一 次，结合个位的设置，电路从 30 开始倒计时。当主车道绿灯亮了 25秒，倒计时 也已经数到了 5 了，此时，个位显示 5，十位显示 0，主车道的绿灯熄灭，主车 道的黄灯开始倒计时闪亮5秒，当倒计时到0后，个位芯片74LS193发出一个借 位信号，向高位借数， 但是高位已经是 0了，按照要求此时十位应该是从 0翻转 2，即二进制 0010，为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二 进制是从 0011、0010、0001到0000计数完， 翻转为二进制 0010，然后从 0010、 0001 到 0000倒计时，当到
9、 0000后就结束一个循环，又从 0011 开始新的一个循 环。从二进制0011和0010两个不同的预置数，发现可以用1个D触发器74LS74 接成T触发器并把Q端接至十位倒计时的最低位来完成这个功能。高位产生借位 信号时将Q端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿 的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的 Q值置 入（此时Q值为原来的非，即由0变1或由1变0），然后翻转。通过以上置数 方式可实现 0011 和 0010 的交替置入。另外，通过在特定时刻（倒计时高位由 0000变为0010后）对T触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最 后将
10、电路的倒计时接到译码器74HC4511再接到共阴极数码显示管上显示十进 制数字。据此画出倒计时电路如图 3.3 所示：图3.3倒计时电路设计图CD4511可以把8421编码的二进制数译成七段输出 a、b、c、d、e、f、g,用以驱动共阴极数码管。译码显示电路如图3.4所示：图3.4译码显示电路设计图用倒计时控制灯的变化，先将图示状态 0、1、2、3编码为00、01、10、11,当 倒计时为30、20、5的时候产生一个信号给状态转换的电路， 而这个信号是电平 信号的话就很难实现，所以又用了边沿触发，此时用计数器表示状态，取其低两 位的计数态00、01、10、11为灯的状态，这样的话，来一个边沿信
11、号就能使计 数器加一，实现上述四状态转换。画出状态控制电路信号转换表如表3.2所示:表3.2状态控制电路信号转换表高位低位状态转换信号Q7QQ5Q4Q3Q2Q1Q00011000000100000由表得出CP（）的表达式：CP（ ）Q5（）Q4（）?Q2（）Q1（）Q（）Q5（）Q（）用与非门和非门实现电路图如图 3.5 :CDS：Qmn1 -Mb-L oroDmorlL网(K1Cl1也miri doxhidnoLLdn0i aia DOzrr-17lr-IT-图3.5状态显示电路设计图首先要把控制的脉冲接入计数器 74LS193的非减数的脉冲端，因为脉冲主要 有四个，四个为一个循环，只取计数
12、器的低位两位即可，除了让计数器工作的接 入端需要接电平外，其他端都不用接，计数器的低位两位即可组成00、01、10、 11四种状态。用Gn、Yi、R11表示主干道车道的绿灯、黄灯、红灯，G!2、R12表示主干道人行道的绿灯、红灯；用 G 21、丫2、R21表示支干道车道的绿灯、黄 灯、红灯，G22、R22表示支干道人行道的绿灯、红灯，得出状态表如表3.3所示。表3.3灯显示电路状态表状态主车道支车道主人行道支人行道011011由表得个各个灯的逻辑表达式:G11 G12 y1 y。丫1yoR11 y1R12 y1 y0G21 G22 y1 y0丫2 yyR 21 y1R22 y1 y”。为了让黄
13、灯能秒闪亮一次，可以在黄灯前加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每秒闪亮一次的功能。画出灯显示电路如图 3.6所示：332原件参数选择取R仁60kW（可调），R2=100 kW, 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。4.1仿真电路图htih4软件仿真+i、/UIBJnialfflQ 二二 二弋-4.2仿真过程开启仿真按钮之后，东西方向路灯绿灯，南北方向是红灯，倒计时显示的是 一个随机的数字，直到倒数到0后，东西方向黄灯，南北方向红灯，过 5秒后, 东西方向红灯，南北方向绿灯，此时倒计时显示 30,之后按照预先的设计，各个正常亮灭4.3仿真结果打到要求，具体如下表表4.1交通灯转换数据统计表次数主干道支干道绿黄黄红红绿绿黄黄红红绿20次正确正确正确正确正确正确表4.2人行道转换数据统计表次数主干道支干道绿红红绿绿红红绿20次正确正确正确正确5安装调试5.1安装调试过程按照电路图依依将电路元件安装起来，并且在安装过程中及时查错，出算错
