湘潭大学十字路口的交通灯控制电路设计的数电论文

湘潭大学

电子技术课程设计报告书

题 目： 交通灯定时控制系统设计 学 院： 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 时间：

信息工程学院 2008级自动化三班

2008550309 邹福筱 肖业伟 2010年11月1日

设计任务书

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。

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下： （1）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。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。 （3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 选做扩展功能：

（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

目录

一、交通灯设计原理………………………………………………4 二、单元电路的设计……………………………………………....8

1、秒脉冲发生器……………………………………………..8 2、定时器………………………………………………….…..9 3、控制器…...………………………………………………..11 4、译码器……………………………………………...……..14 5.交通信号灯………………………………………………...16 6.整个交通灯控制系统的布局……………………………...17三、仿真过程与效果分析................................................................18 四、元器件清单................................................................................21 五、体会总结....................................................................................22 六、参考文献....................................................................................23 附proteus仿真图

一．交通灯设计原理

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

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以不考虑)，如图2所示

一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：

（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下表所示。

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： 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； A R=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3依此类推可以弄懂ASM图所示表达的含义。

图3．画出交通灯控制器的ASM

三．单元电路的设计

（1）秒脉冲发生器

脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C

电路图如下图：

秒脉冲产生器

（2）定时器

定时器由与系统秒脉冲（由上面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30开始进行减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。

计数器选用集成电路74LS192进行设计较简便。74LS192是4位十进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS192的外引线排列图如图4所示，其功能表如图5所示。图中，为置数端，为加计数端，

为减计数端，

为非同步进位输出端，

为清除

为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，

端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。图6则为两片74LS192连接的定时电路图。

图4、74LS192的外引线排列图

图5、74LS192的外引线排列图

定时器电路图

（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12、3所示。选用两个D触发器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，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。

表3 控制器状态转换表

根据表12、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：

S t=

根据以上方程，选用74LS74实现每个D触发器的输入函数，用减法计数器的输出，通过逻辑电路控制双D触发器Q0和Q1在4种状态图间跳变 电路逻辑图如下：

图 6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。

表4控制器状态编码与信号灯关系表

通过与非门和非门来简洁翻译成两路交通的亮灭，其中，黄灯的闪烁，是通过NPN三极管的基极接脉冲信号控制其通断实现的。 下图为译码器部分的逻辑图

（其中各个门的输入输出都表明了节点）

(5）译码交通信号灯

（其中AG、AY、AR、BG、BY、BR都用节点表示，跟上图的相对应节点相连，而flash 外接脉冲发生器）

(6)整个交通灯控制系统的布局

（为了清晰，很多地方打了节点）

四． 仿真过程与效果分析

电路试调

电路连接完后，要进行调试，以检测是否达到要求。

实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。 调试前的检查

电子安装完毕，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：

（1） 连线是否正确

检查的方法通常有两种方法： a.按照电路图检查安装的线路

这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。

按照实际线路来对照原理图电路进行查线 这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。

为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。 元器件的安装情况

检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。 调试方法与原则 通电观察

把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。

一步对电路参数提出合理的修正。 调试中注意的事项

为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：

（1） 正确使用测量仪器的接地端

（2） 测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。

（3） 仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。要正确选择测量点。 （4） 用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。

（5） 调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。

（6） 调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.

调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。

对于本交通灯来说，只要不出现异常的现象，一般不需要调试，直接进行测量。

测试电路中线路是否接通

同上用万用表的欧姆档，测试每一组的连通的线，将两表笔接到

被测的一组线的起始线和末端线的两端，看电阻是否为零，如果是零，则证明是通的；如果是无穷大，则证明中间有线是短开的，则要一根一根的检查该组的没一根线，直到查出为止。 通电后的测试 （1）测试电源

用万用表的直流电压档，测试输入电源的电压，看是否达到额定电压（本产品为+5V），如果不是，则换电源。 （2）测试芯片的电源输入端

同上用万用表的直流电压档，测试芯片的接地端与接电源端的点呀，看是否达到芯片的额定电压（本产品所用的芯片都是+5V），如果不是，则检查其线路是否接错。

操作说明

1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有个时间显示器，6个交通信号灯。但由于芯片没有,只有用实验室的示波器来看秒脉冲时间。

2、打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，打开总开关，数码管此时显示30，东西方向车道的绿灯亮；南北方向车道的红灯亮，直到数码管显示时间为5秒，然后黄灯以每一秒的速度闪亮，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。再过5秒后，数码管显示1，电路又转换成预置的30秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。

总之，每三十秒为一个周期，开始时显示30，一路绿灯和另一路红灯亮，直到减到5，跳为一路黄灯闪和另一路红灯不变，直到减到1；然后置数30，一路红灯和另一路绿灯，直到减到5，跳为一路红灯不变和另一路黄灯闪 ，直到减到1，然后置数30，如此往复。

四．元器件清单

集成电路 74LS74 1片 74LS48 2片 74LS20 1片 74LS192 2片 74LS00 1片 74LS04 2片

N555 1片

芯片座若干

电容 10μF , 0.01μF , 1电阻 47KΩ 两个 1K发光二极管 6 个 NPN三极管 2个

μF , 0.1μF 各一支 Ω 一个

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