交通信号灯控制电路的设计与仿真

唐山学院课程设计说明书

1.引言

在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，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。

交通信号灯的设计涉及到模拟电子技术与数字电子技术。其中，绝大部分是数字部分：逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、分频器，计数器等基本原理。交通信号灯的设计包含了计数器，十二进制数的概念。交通信号灯的设计与制作不仅加深了对数字电路的了解，而且由于交通信号灯包括组合逻辑电路和时叙电路，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，为数字电路的制作提供思路。

本系统采用小规模集成电路构成交通信号灯控制电路的硬件电路，由555定时器产生秒脉冲，经过双D触发器构成的T’触发器进行分频产生四秒脉冲信号，将其作为十二进制计数器的CP脉冲。 而十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。最后用电路仿真软件Multisim绘制出交通信号灯控制电路的完整电路图，并对其各部分进行仿真、调试。

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2.交通信号灯概述

交通信号灯的逻辑框图如图2-1所示。它由555集成芯片构成的振荡电路产生秒脉冲、分频器、十二进制计数器、组合逻辑电路、LED灯和直流电源组成。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为四秒脉冲，四秒脉冲送入计数器，计数结果通过逻辑电路的与或非的变换从而使南北向和东西向的红黄绿灯按着要求变化。

东西信号灯 南北信号灯 组合逻辑电路 系统电源 十二进制计数器 工作方式控制开关 四分频器

图2-1 交通信号灯的逻辑框图

秒脉冲产生电路

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3.基本设计内容及要求

3.1信号灯白天工作要求

某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。

如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。

从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。

3.2夜间工作方式

南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。

南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t 南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮 1t 南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 5t 南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮 1t 图3-1信号指示灯白天点亮流程图

3.3设计要求

要求根据设计要求实现交通灯的现实功能； 用Multisim进行仿真 设计说明书；

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4.单元模块

4.1 电源模块

信号灯采用三极管9031驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力，电源电压采用直流5V，通过变压器将市电降压到交流9V，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要。

作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的5V直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计输出为5V的直流稳压电源。

直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。

直流稳压电源原理图如图4-1所示：

40V120220 Vpk 50 Hz 0?? 35T242U5LM109HD2172C41mF0LINEVREGVOLTAGECOMMON3731B4B42

图4-1 直流稳压电源的原理图

4.2秒脉冲发生模块

双极型555定时器由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、双极型三极管T和输出缓冲器组成，其外部有八个引脚，第8脚为电源端，第1脚为接地端，第3脚为输出端，第4脚为直接复位端，第5脚为控制电压输入端，第6脚为复位控制端，第2脚为置位控制端，第7脚为放电端。如图4-2所示为555定时器引脚图：

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VDD DIS TH Vc IC555 GND TR Vo MR 图4-2所示为555定时器引脚图

如图4-2所示为555定时器组成的多谐震荡器原理图：

R1

3 VCC 8 4 U R2 C

7 555 6 5 0.01uF 图4-3 多谐振荡器原理图

由555定时器组成的多谢震荡器的周期公式为：T=（R1+2R2）CLn2=0.7（R1+2R2）C,电源电压Vcc=+5,其中电路图中C2的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，一般选用0.01uF的瓷片电容。再次要求输出T=1s，选用电容为C1=1uF，R1=560KΩ，根据振荡周期计算，选择电阻R2=434KΩ。

根据原理图连接电路图如图4-3所示

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