交通灯控控制器2 - 图文

课程设计说明书

课程设计名称： 数字电路课程设计

课程设计题目： 交通灯控制器

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 通信工程 班级： 090421

学号： 22 姓名： 万刘蝉

评分： 教师： 徐新河

20 11 年 9 月 25 日

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数字电路 课程设计任务书

20 11 －20 12 学年 第 1 学期 第 2 周－ 3 周

题目 交通灯控制器 内容及要求 1.采用时基电路、主控电路、译码电路组成的交通灯控制器 2.增加自动夜间开关功能，黄灯亮(使用光敏三极管) 3.增加手动功能，方便盲人通过 进度安排 1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：3天； 2. 领元器件、焊接、制作：3天 3．调试：2天 4. 验收：0.5天 5. 提交报告：本学期3～7周 学生姓名：万刘蝉 指导时间:第1～2周 任务下达 考核方式 指导教师

20 11 年09月10 日 任务完成 指导地点：E 楼 601 室 2011 年09 月17 日 1.评阅 □√ 2.答辩 □√ 3.实际操作□√ 4.其它□√ 徐新河 系（部）主任 付崇芳

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摘 要

交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由定时器、控制器、译码显示电路组成。定时器由74LS160实现，控制器由74LS153和74LS74组成，译码电路采用74LS48和七段数码管来显示。控制器通过信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。

关键字：交通灯 定时器 译码器 控制器

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目录

前言…………………………………………………………………………………5 第一章 设计内容及要求…………………………………………………………6 第二章 系统设计方案选择..…………………………………………………...…6

2.1 方案一……………………………………………………………………7 2.2 方案二……………………………………………………………………8第三章 系统组成及工作原理……………………………………………….…..9

3.1 系统组成………………………………………………………………...9 3.2 工作原理………………………………………………………………...9 第四章 单元电路设计………………….............................................................11

4.1 脉冲产生电路………………………………………………………......11 4.2 控制电路…………………………………………………………….....12 4.3 时间设置电路…..……………………………………………………...13 4.4 计数电路…………………………………………………………….....15 4.5 显示输出电路…………………………………………………….........15 4.6 红黄绿灯控制电路……………………………………………………..17 第五章 实验、调试及测试结果分析……………………………………............19 结论………………………………………………………………………………..23 参考文献………………………………………………………..............................24 附录一……………………………………………………………………………..25 附录二……………………………………………………………………………..28 附录三……………………………………………………………………………..29 附录四……………………………………………………………………………..30

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前 言

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

不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多新兴城市的出现，使得城市交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。

于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术,比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。

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第一章 设计内容及要求

〖基本要求〗

1) 用数字电路实现下面功能

图1.1 交通灯控制器控制流程图 南北向红灯亮，东西向绿灯亮6S 南北向黄灯亮，东西向红灯亮6S 南北向绿灯亮，东西向红灯亮30S 南北向红灯亮，东西向绿灯亮30S

2) 增加自动夜间开关功能，黄灯亮(使用光敏三极管) 3)增加手动功能，方便盲人通过 〖提高要求〗 1)要求显示剩余时间 2)增加拐弯时序

〖主要参考元器件〗：74LS74，74LS00，74LS168，74LS248，74LS164，74LS08

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第二章 系统设计方案选择

2.1 方案一

此方案逻辑清晰，通过计数器和组合逻辑电路来控制主次红黄绿灯的亮与灭，在交通灯亮灭的同时，再通过组合电路来控制主次道的计数，比如计数器通过组合逻辑电路使红灯亮，同时通过组合电路使主道开始计数。

此电路的缺点：由于主次道红黄绿灯的时序要求不同，通过计数器和组合逻辑电路来控制主次道红绿灯的亮灭会是组合逻辑电路变得很复杂，主次道实现定时倒计数比较困难，而且为接近实际情况应该设置置数控制来对等亮灭的时间进行调整等，对图1的原理框图来说，每一次调整都需要重新改编组合逻辑电路，这个过程相当繁杂。

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2.2 方案二

该方案思路清晰明了，本方案中秒脉冲信号同时接入计数电路可以保证倒计时电路时序的同时性。通过开关控制控制电路的初始状态，控制电路通过不同的状态来控制倒计数电路的置数，然后倒计数电路反馈信号改变控制电路的状态，进而改变倒计数电路的置数，如此循环。预置电路可以随时更改红黄绿的亮灭的时间，也可以控制灯红黄绿灯哪个先亮，实现了电路的可控制性，更接近实际情况。

相对来讲，第二个放案原理更清晰，可操作性更强，也更符合实际情况，故选择第二个方案。

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倒计时电路 显示电路 控制电路 预置电路 秒脉冲发生器 开关控制 倒计时电路 显示电路 控制电路 预置电路

第三章 系统的组成及工作原理

3.1 系统的组成

本次系统主要由：控制电路，预置电路，倒计时及显示电路，秒脉冲发生器 开关控制电路。

1.脉冲产生电路。

设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的1秒的脉冲。 2. 预置电路。

因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间分别为30,6,36秒，所以南北方向通过4片74ls153芯片分别在X0,X1,X2接上0011 0000,0000 0100,0011 0100即可，东西方向通过4片74ls153芯片分别在X0,X1,X2接上0011 0100,0011 0000,0000 0100即可，从而实现南北向依次绿、黄、红灯所亮时间分别为30,6,36秒，东西向依次红、绿、黄灯灯所亮时间分别为36,6,30秒。

3.系统控制电路。

选用74LS112JK触发器组成00-01-10-00循环状态控制交通灯的亮灭和数码管的显示。 4.倒计时及显示部分电路。

倒计时及显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示用74LS248 BCD码七段译码器。显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS192。

5.开关控制电路。

通过手动拨动开关定向控制各个方向上的红绿灯从而实现盲人模式。

3.2 工作原理

它主要由控制器、定时器、预置数器、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的标准时钟信号源，同时也是黄灯闪烁的标准时钟信号源，预置数器控制定时器的时间周期，译码器接收定时器的信号后经译码直接驱动数码管工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器，预置数器的工作。

控制器部分它南北，东西方向分别由两个JK触发器组成，可用74ls112，通过组合连接使这两个JK触发器的输出Q1,Q2分别为00-01-10-00的循环状态，然后把这三种状态依次输入到74ls153组成的预置数器中，从而使预置数器输出预置的数经定时器，从而定时器按预置的数进行倒计时后经译码输出十字路口南北、东西两个方向的数值显示。另一方面控制器直接控制南北，东西方向的红，绿，黄灯的亮灭，其中

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黄灯信号必须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。

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第四章 单元电路设计 参数计算 器件选择

4.1脉冲产生电路：用555，电阻，电容 产生

图4-1 脉冲产生电路及仿真图

使用555定时器构成多谐振荡器，使得f=1HZ。先将555定时器接成施密特触发器的结

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构，即将2，6端并联，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将7端接到放电点。

，要使得f=1HZ12，所以可令C=10uF , R1=15KΩ, R2=68KΩ,将数据代入到公式可得f约等于1HZ。

f

4.2 控制电路

0?1.43?1Hz(R1?2*R2)C

由于有显示灯红黄绿三种，故控制电路设计为00-01-10-00三种状态循环变化

Q1n Q0n Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0

___________Q

n?10?Qn?Qn0 1nn?Q?Q01 _____Qn?11

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图4-2 控制电路及仿真

用两个JK触发器来实现计数器反馈信号

状态由00-01-10-00循环变化时，南北显示灯绿黄红依次循环，东西红绿黄灯依次循环。 如上图为Q0,Q1为0,0时的仿真图，Q0,Q1的电平为0,0，与理论相符。

4.3 时间设置电路

分别采用4片双4选一数据选择器74153芯片

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图4-3 时间设置电路及仿真

从左至右四片74ls153芯片的输出1Y2Y 1Y2Y 1Y2Y 1Y2Y 分别接至高低位计数器的输入端DCBA DCBA

74253的输入AB分别接控制电路的QO Q1

从左至右四片74253芯片的输入八个C0为绿灯时间设置，八个C1为黄灯时间设置，八个C2为红灯的时间设置。

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如东西道路八个C0依次设置为0011 0000，八个C1依次设置为0000 0110，八个C2设置为0011 0110，即在电路工作时，显示电路会从36 06 30倒计时。

如上东西道路仿真图，QO Q1为0 1时，从左至右四片74ls153芯片的输出1Y2Y 1Y2Y 1Y2Y 1Y2Y的电平分别为0000 0011，经译码后为0 6，与理论相符。

4.4 计数电路

图4-4 计数电路

计数电路左边192为高位片，右边192为低位片，低位片DOWN输入秒脉冲信号，高低位片的DCBA输入分别为时间设置电路的从左至右的八个Y输出端。

高低位片的输出QA QB QC QD全部相或 ，作为高低片的置数信号控制电路的时钟信号。当计数器倒计时为0000 0001时，当下一个低位片的脉冲上升沿来临时，输出信号变为0000 0000时，反馈置数信号（八个输出相或）变为0，产生一个下降沿脉冲，使控制器状态发生改变，这是置数信号仍然为0实现置数。当置数完成后置数信号才变为1，然后开始正常倒计数。

4.5 显示输出电路

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图4-5 显示输出电路及仿真

显示电路各用两片74ls248芯片和2片BCD七段译码器

两片74ls248的输入DCBA分别连接74192芯片的输出QD QC QB QA，由计数器74ls192计数输出的信号通过74ls248译码器译码，译码后通过输出端直接驱动数码管显示。

如上图仿真示波器从左向右管脚D,C,B,A依次接74ls248的D,C,B,A,从左右示波器可

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知D,C,B,A的电平分别为为0001 0110，经过74ls248译码后分别为1 6，数码管的显示也为1 6，与理论相符。

4.6 红黄绿灯控制电路

图4-6 红黄绿灯控制电路

由于控制器的状态为00-01-10-00循环，所以对于主道路来说当为状态为00时计数器倒计时36秒红灯亮，状态为01时计数器倒计时6秒黄灯亮，状态为10时计数器倒计时30秒绿亮。用三个与门即可实现， Q0’Q1’,Q0Q1’,QO’Q1,

控制红黄绿三个指示灯。当计数器计数到0000 0000时产生控制电路的下降时钟脉冲信号，继而使控制器的状态发生改变，即在00-01-10-00这三种状态之间循环，利用这三种状态的循环来设计红黄绿灯的控制电路。为了增强电路的扩展功能，可以在计数器的置数信号和控制开关相与来控制两个触发器的时钟脉冲信号，因此当将主道的开关A掷0，打开秒脉

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冲发生器。然后将开关掷1即可开始计数，若需要控制从那种颜色的灯先开始计时，先将开关置1然后置0，即可产生一个下降沿脉冲，同时也是一个置数信号。可以置数为控制 控制的下一状态。

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第五章 实验 调试及测试结果与分析

5.1时间显示的调试

在调试之初，高低位片的借位信号作为计数器的置数控制信号

图5-1-1 时间显示电路

由于跟据74ls192的计数功能及特征发现，74ls192的进位端和借位端在当计数为0时，进位和借位端并不会马上变为0状态，而是先高电平，后低电平，高低电平的时间与脉冲发生器产生的脉冲一样。

应此在调试过程中存在00这种输出状态，这样就会导致红黄绿灯亮的时间分别为00-36-35-00，00-06-05-00,00-30-29-00。这样不仅给人每种灯亮的时间就会增加一秒成

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为37秒，7秒，31秒的感觉。但其实并没有增加，而是状态00-36-35经过的时间为1S,00-36的时间为脉冲发生器高电平时间，36-35脉冲发生器低电平时间，这就当显示走到以上脉冲时速度明显加快，这在现实中显能不行，也不符合题目要求的时序。所以需要想办法消除这种状态。后来想到0000 0000这种状态来作为计数器的置数信号，同时这样就会要求除0000 0000这种状态，其他状态时计数器都能正常倒计数。所以考虑到将计数器的八个输出端相或作为置数信号。这个时候也恰好产生一个下降沿来使控制电路输出状态转化，进而使预置数电路的输出变化，然后输入到计数器，这样刚刚好能达到效果。

虽然用到了7个二输入或门，但是能有效地消除00这种状态，使得时序满足设计要求，另外计数过程也更符合实际情况。

图5-1-2 时间显示电路

5.2时间预置的调试

在设计之初，考虑到用尽量少的芯片作为时间的预置数电路，或者是直接用控制器的不同状态在计数器上实现预置数，但是这样需要用到比较多的逻辑门电路，是电路变得复杂，而且每次调整时间都的重新设计组合逻辑电路，比较繁琐。

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由于控制电路的输出又00-01-10-00循环，所以考虑到用二输入的四选一选择器来进行置数，这样思路更清晰，操作起来比较方便，所以最终选择用双四选一的74ls253数据选择器来进行时间预置。

图5-2 时间预置电路

虽然使得时间预置数的芯片由四片变为了最终的八片，但这样更直观，所需要预置的数直接译为二进制码，然后分别在各74ls153芯片的C0,C1,C2端输入即可。比如要把时间设置为36,6,30。只需将八个C0端设为0110 0110，八个C1端设置为0000 0110，八个C2端设为0011 0000。

5.3扩展功能的调试

在设计的电路能完成任务要求后，我考虑通过对电路的局部修改来实现扩展功能。为了增强电路的扩展功能，可以在红绿灯的位置适当的加一些开关和门电路来实现设计的盲人模式和夜间模式，如下图的SW3,SW7，SW4开关实现盲人模式，当需要盲人模式时关闭SW2,这时红绿灯全灭黄灯闪烁且不受控制器的控制置，在拨动SW3向左时，南北绿灯亮，东西红灯亮，同时亮黄灯，此时盲人便可以安全通过，当拨动SW3向右时，南北红灯亮，东西绿灯亮，同时亮黄灯，此时盲人便可以安全通过，当在夜间时，光敏电阻阻值下降，使得东西和南北方向的红绿的全灭，黄灯闪烁，从而实现夜间模式。

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图5-3 红黄绿灯控制电路

5.4电路的整体调试

打开秒脉冲发生器。，接入到控制器和计数器即可， 该电路测试过程过:

道路绿、黄、红灯亮的时间可以预置； 道路绿、黄、红灯亮的时间可以分别调整； 满足任务的要求

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结论

本交通灯设计主要由定时器、控制器、译码显示电路组成，定时器由74LS160实现，控制器由74LS153和74LS112组成，译码电路采用74LS248和七段数码管来显示，控制器通过信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换，实现了南北，东西方向的交通灯控制，分别为红，绿，黄和绿，黄，红的同时变换，同时分别显示时间，，该系统不仅能够实现普通的交通灯功能，同时能够实现盲人模式和夜间模式，更加人性化，该系统可用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。

但此系统也存在不足之处，此系统对违规的车辆无任何办法，并不能客观阻止交通违规，以后可适当添加电子狗功能和报警功能，从而彻底杜绝交通违规，以后需继续改进。

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参考文献

1《数字电子技术基础》（伍时和 主编 吴友宇 凌玲 副主编） 2《数字电路逻辑设计》（脉冲与数字电路 第三版）

王疏银 主编 高等教育出版社 3《数字电路实验指导书》（西安邮电学院电子与信息工程系） 张亚婷 王利 杨乐 周丽娟 郭华编

4谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉：华中理工大出版社. 1992 5 彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:高等教育出版社. 1996 6 江岳.智能仪器[M].合肥:国科大出版社.

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附录一

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附录二

555芯片 15k电阻 74ls00芯片 74ls04芯片 74ls112芯片 74ls08芯片 74ls32芯片 74ls192芯片 74ls248芯片 发光二极管（红） 发光二极管（黄） 发光二极管（绿） 数码管lc5011－11 开关 100Ω电阻 68k电阻 电解电容 10μf 瓷瓦电容 103 二极管

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一个 一个 一个 一个 两个 四个 五个 四个 四个 两个 两个 两个 四个 六个 六个 一个 一个 一个 四个

附录三

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附录四

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7gna.html