简易交通灯控制电路概述.docx
《简易交通灯控制电路概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易交通灯控制电路概述.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
简易交通灯控制电路概述
目录
引言……………………………………………………………2
1实验目的……………………………………………………………..3
2设计任务和要求……………………………………………………..4
2．1工作流程………………………………………………4
2．2工作时序………………………………………………4
2．3循环工作………………………………………………4
3系统总体设计………………………………………………5
4单元电路设计………………………………………………………84．1脉冲发生器……………………………………………8
4.2控制器…………………………………………………8
4.3计时显示电路…………………………………………9
4.4计数器驱动脉冲电路图………………………………11
5主要电子器件………………………………………………………14
6设计总结……………………………………………………………15
致谢……………………………………………………………………16
主要参考资料…………………………………………………………17
引言
数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。
这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。
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。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。
因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现涉及交通控制信号灯。
设计一个简易交通信号灯控制器，在十字入口处设置红、黄、绿三种信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。
1实验目的
1、掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法
2、掌握调试及电路主要技术指标的测试方法
2设计任务和要求
1、工作流程
南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。
2、工作时序
东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄灯和绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
一次循环为30秒，其中红灯亮的时间是绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪烁。
3、循环工作
十字路口要有数字显示，作为时间提示，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30秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到2秒时，绿灯熄灭，黄灯亮并闪烁，计数继续每秒减1，直到0，黄灯熄灭，红灯亮。
十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
3系统总体设计
交通灯控制原理框图如图3.1所示。
他主要由控制器、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：
TL1表示A车道绿灯亮的时间间隔为30秒，TL2表示B车道绿灯亮的时间间隔为30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2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3.1交通灯控制原理图
实现红绿灯的交通管制功能，在红绿灯交换的前2秒钟，有常亮的黄灯提示司机注意，此时绿灯已灭，另外有数字计时装置，提示司机剩余时间。
状态表1：
状态
A车道
B车道
时间
S0
绿灯亮，允许通行
红灯亮，禁止通行
30
S1
黄灯亮，停车
红灯亮，禁止通行
2
S2
红灯亮，禁止通行
绿灯亮，允许通行
30
S3
红灯亮，禁止通行
黄灯亮，停车
2
分析：
（1）A车道绿灯亮，B车道红灯亮。
表示A车道上的车辆允许通行，B车道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间间隔TL1时，控制器发出状态信号ST，转到下一个工作状态。
（2）A车道黄灯亮，B车道红灯亮。
表示A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，B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）A车道红灯亮，B车道绿灯亮。
表示A车道禁止通行，B车道上的车辆允许通行。
绿灯亮足规定的时间间隔TL2时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）A车道红灯亮，B车道黄灯亮。
表示A车道禁止通行，B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。
黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到
（1）工作状态。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器控制的。
设控制器的4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所示，控制器应送出A、B车道的红、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：
控制状态信号灯状态车道运行状态
S0A车道绿，B车道红A车道通行，B车道禁止通行
S1A车道黄，B车道红A车道缓行，B车道禁止通行
S3A车道红，B车道绿A车道禁止通行，B车道通行
S2A车道红，B车道黄A车道禁止通行，B车道缓行
HG=1A车道绿灯亮FG=1B车道绿灯亮
HY=1A车道黄灯亮FY=1B车道黄灯亮
HR=1A车道红灯亮FR=1B车道红灯亮
设：
A：
A车道车辆的情况，有车为“1”，无车为“0”
B：
B车道车辆的情况，有车为“1”，无车为“0”
C：
A车道30秒定时信号，30秒定时已到为“1”，30秒定时未到为“0”
D：
B车道30秒定时信号，30秒定时已到为“1”，30秒定时未到为“0”
E：
2秒定时信号，2秒定时已到为“1”，2秒定时未到为“0”
状态编码：
S0=00S1=01S2=11S3=10
若选JK触发器，其输出为Q2、Q1，则状态如表2.
表2：
A
B
C
D
E
Q2n
Q1n
Q2n+1
Q1n+1
X
0
X
X
X
0
0
0
0
1
1
0
X
X
0
0
0
0
0
1
X
X
X
0
0
0
1
1
1
1
X
X
0
0
0
1
X
X
X
X
0
0
1
0
1
X
X
X
X
1
0
1
1
1
1
1
X
0
X
1
1
1
1
0
1
X
X
X
1
1
1
1
X
0
X
X
X
1
1
1
0
X
X
X
X
0
1
0
1
0
X
X
X
X
X
1
0
0
0
4单元电路设计
4、1脉冲发生器
脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。
555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：
T约等于0.7（R1+2*R2）*C,若T=1s，令C=10,R1=39,R2=51.根据计算结果，脉冲发生器设计如下图：
它向计数电路提供的秒计时CP脉冲。
周期可通过下式设定的电路原理图如图所示。
图4.1脉冲发生器的电路原理图
4.2控制器
控制器是交通管理的核心，它应该按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
如表所示。
选用两个D触发器FF1、FF0作为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于
1n+
n+1=00状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果控制器转换到
1n+
n+1=01状态时。
控制器状态转换表：
输入
输出
现态
状态装换条件
次态
状态转换信号
00
无无0
00
0
00
无无1
01
1
01
0无无
01
0
01
1无无
11
1
11
无0无
11
0
11
无1无
10
1
10
0无无
10
0
10
1无无
00
1
74LS163功能表：
输入
输出
CRLD
CP
0xxx上升沿xxxx
0000
10xx上升沿
1111上升沿xxxx
计数
110x上升沿xxxx
保持
11x0xxxxx
保持
4.3计时显示电路
显示电路作为定时控制器。
秒信号发生器用于产生整个定时系统的时基脉冲，通过74LS190减法计数器对秒脉冲进行减计数，以达到显示每一种工作状态的持续时间。
当A车道红灯亮时，信号给减法计数器置数，同时B车道也由相应的信号置数，减计数的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。
减法计数器的状态由BCD译码器译码、数码管显示显示电路是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作，每来一个脉冲使计数器减1，直到计数器为0.译码显示可用CD4511BCD码七段译码器。
计数器采用可预置计数器，这里选74LS190.
当A车道为黄灯时，该干道技术不工作。
由黄变为红灯时，由R1将预置数0011置入U1，0000置入U2，0013置入U3，0110置入U4。
U1、U2开始30秒的减计数，U3、U4开始30秒减计数。
当B车道30秒减完后，B车道灯变为黄，B车道计数器关闭，无显示。
在A车道红灯变绿灯同时，R1控制将0100置入U1，0101置入U2，0110置入U3，0000置入U4。
并开始U1、U2组成30秒（A）倒计数，U3、U4组成30秒（B）倒计数。
当A车道30秒计时完毕后，A车道黄灯亮，同时使计数器U1、U2停止工作。
显示控制电路如图3.3.1。
图4.3.1显示控制电路图
图4.3.274LS190逻辑功能示意图
74LS190是BCD同步加/减计数器，并行输出。
计数时，时钟脉冲CP的上升沿有效。
CP端.加/减端和置数端斗都先经过缓冲，从而降低了这些输入端对驱动的功能。
4.4.计数器驱动脉冲电路图
图4.4.1计数器驱动脉冲电路图
此电路图是产生CP30、CP4的电路，通过门电路完成由CP控制电路产生所需的脉冲的功能。
主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。
它们之间的关系见真值表4.4.2。
对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。
表4.4.2信号灯信号的状态
状态控制器输出
主干道信号灯
支干道信号灯
Q2
Q1
R（红）
Y（黄）
G（绿）
r（红）
y（黄）
g（绿）
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
根据真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为：
图4.4.3用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器
现选择半导体发光二极管模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管。
故译码器的电路组成如下图所示
图4.4.4
5主要电子器件
表5元件明细表
序号
元件名称
型号
数量
备注
1
电阻
————
2
R1=39KR2=51K
2
电容
————
2
C1=10ufC2=0.01uf
3
555定时器
————
1
4
集成计数器
74LS390
1
5
计数器
74LS161
1
6
译码器
74LS139
1
7
TTL非门
74LS04
2
8
TTL与非门
74LS00
1
9
TTL四输入与非门
74LS20
1
10
TTL与门
74LS08
1
11
TTL或门
74LS32
1
12
发光二极管
6
6设计总结
通过这次课程设计，使我对数字电子技术挤出这门课程有了进一步的理解，尤其对本课程设计所涉及的原理、器件、功能实现上有了更深的认识。
掌握了由555定时器构成所需频率脉冲发生器的方法。
熟悉了有真值表列表达式设计实现电路的过程，并对利用计数器实现特定的要求进制的减计数及其预置数的方法、译码及驱动显示的连线方法有了更深入的体会，并借此机会了解了用计算机会电路图的方法。
这次课程设计是我们对电子电路课程实验的综合考验。
课程设计综合考察了实验课上所学到的各种电子电路的连接、调试、设计和制作的过程，每一个环节都需要我们仔细认真的完成。
在设计过程中，我们遇到了一些困难。
首先，在实验电路的设计上，我们花费了大量的时间，搜集资料。
这个过程使我对所学的知识又进行了进一步的学习和巩固。
其次，在调试过程中，发现了很多错误，浪费了很多时间。
通过此次课程设计，使我对十字路口的交通灯，有了进一步的了解，明白其工作原理。
自己能够运用数字电子技术做些简单的设计，增强了我的独立思考和动手的能力。
致谢
在这次课程设计中，指导老师以及同学们都给了我很多的帮助。
在这里向他们表示衷心感谢。
课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，独立实践的机会，将课本上的理论知识和实际有机结合起来，锻炼学生的分析解决实际问题的能力，提高学生适应实际、实践编程的能力。
通过做这个课程设计不但让我巩固了所学的数字电子的知识。
同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。
在课程设计过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先，做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就退缩，只要坚持下去就可以找到解决问题的方法，而且要学会与人合作，这样做起事情来就可以事半功倍。
总之，此次课程设计，我收获很多，为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
再次感谢我的指导老师！
谨向老师和帮助过我的同学们表示诚挚的感谢和崇高的敬意。
主要参考资料
[1]．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
[2]．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月
[3]．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
[4]．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月
[5]．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003
升级会员 