交通灯控制电路设计.docx

1、交通灯控制电路设计题目:交通灯控制电路设计学号：00912016姓名：彭武康学院：电子信息工程学院专业：电子信息科学与技术年级：2 0 0 9级起止日期：11.08.12-11.09.20目录一、设计原理与参考电路.31系统逻辑功能的分析.32交通灯控制器的ASM.53单元电路的设计.7（1）定时器.7（2）计数器.7（3）控制器.9（4）译码器.11二、参考文献.14交通灯控制电路【内容摘要】：1设计一个十字路口的交通灯控制电路，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；黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；黄灯亮时，每秒钟闪亮一次。2通过对定时器，计数器，控制器，译码

2、器的设计来完成对交通灯的控制，从而保证交通的正常运行。【关键字】：交通灯，控制器，定时器，计数器，译码器，脉冲信号发生器，触发器，选择器，信号灯，交通电路，驱动电路，单元电路，集成电路。一、设计原理与参考电路1系统逻辑功能的分析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，

3、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图2 交通灯的ASM图2交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）（1）图甲车道绿灯亮，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。绿灯亮足规定的时间隔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

4、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足规定的时间间隔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，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔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。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

5、状态及功能如表1所示，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：表1 控制器的工作状态及功能：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；AG=1：

6、甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的ASM图，如图2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。3单元电路的设计（1）定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）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

7、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。（2）计数器计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。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。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图3所示，其功能表如表2所示。图中，LD是低电平有效的同步清零输入端，CR是低电平有效才同步并行置数控制端，CTP、CTT是图2交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图4所示。图3 74LS163的外引线排列图和时序波形图（3）控制

8、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换。从ASM图可以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+100状态时，如果TL0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+101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。图4 定时器电路表2 74LS163功能表表3控制器状态转换表根据表3可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和ST为

9、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Q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。控制器的逻辑图如图5所示。图5控制器逻辑图（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。电路图如图6所示。图6信号灯转换控制电路图表4控制器状态编码与信号灯关系表状态AG AY ARBG BY BR001

10、 0 0 0 0 1010 1 00 0 1100 0 11 0 0110 0 10 1 0总结：1、通过这次对交通灯的设计与制作，让我了解了一些设计电路的步骤，同时也了解了关于交通灯的设计原理与设计思想，在设计的过程中是学到不少东西的，而且这次设计论文使我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。同是也学会了一些新知识，比如ASM图，以前就没学过，通过这次论文学会了画ASM图，这篇论文虽然很多东西都是找资料找来的，但是通过一个多月的学习，加深了对数字电路知识的理解，最主要的

11、是学会了设计的思想，以及独立动作的能力，这次写论文虽然时间比较充裕，但是一个暑假都没好好正规的弄这论文，直到开学前几天要交论文的时候才开始重视起来，之后在开学后找老师才发觉自己的论文写得一塌糊涂，现在经过多次改进，终于做出了一点样子，本来电路图形都是想用PROTEL给重新画出来的，但是由于元件库不全，很多元件找不到所以不了了之了。这次论文最大的感悟是只有事前做了充分准备，在做事的时候才能事半功倍，得心应手。2、对以后设计的一点建义在这次设计中得到老师的指导比较少，都是靠我们自己找资料，找格式，而且是第一次写学年论文，这样就比较盲目，所以在以后的课程设计中希望能多点得到老师的指导，但是老师也给了我不少的帮助，在这里表示感谢！多谢老师在我设计过程中给与我的帮助。二、参考文献；1、数字电路逻辑设计，王毓银主编,（第三版）高等教育出版社2、数字系统设计，高书莉主编,北京邮电大学出版社3. 数字电路实验报告书，张亚婷编， 西安邮电学院4. 数字电子技术,李中发主编, 中国水利水电出版社5.Protel DXP电路设计教程/李东生等编 电子工业出版社出版 20046.数字电子技术基础（第五版）/阎石主编高等教育出版社出版 2004