交通灯控制电路设计.docx
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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：
2009级
起止日期：
11.08.12-11.09.20
目录
一、设计原理与参考电路......................3
1．系统逻辑功能的分析.....................3
2．交通灯控制器的ASM......................5
3．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，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（AlgorithmicStateMachine，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：
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，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3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374LS163的外引线排列图和时序波形图
（3）控制器
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+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01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274LS163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
AGAYAR
BGBYBR
00
100
001
01
010
001
10
001
100
11
001
010
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.ProtelDXP电路设计教程/李东生等编电子工业出版社出版2004
6.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
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