交通灯定时控制系统的设计说明书

交通灯定时控制系统的设计、制作

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。

1、 设计任务及要求

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。 2、设计内容与步骤

（1）在Multisim 工具软件中设计电路并进行仿真，仿真结果正确则进入下一步骤； （2）安装、调试定时电路； （3）安装、调试控制器电路；

（4）安装、调试译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能；

（5）安装、调试秒脉冲产生电路；

（6）完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。 3、参考元器件

集成电路：74LS74 1片， 74LS00 2片，74LS153 2片，74LS163 2片，NE555 1

片

电阻：52K? 1只，200? 6只

电容：10?F 1只 ， 0.1?F 1只 其他：发光二极管 6只

第1章 系统结构设计

根据设计任务要求可拟出交通灯定时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一个工作状态的定时。

定时器

TL TY ST 甲车道信号灯 秒脉冲 控制器 译码器 发生器

图1 交通灯控制系统原理框图

乙车道信号灯 第2章 单元电路的设计

⑴ 秒脉冲发生器

秒脉冲发生器提供系统时钟，它可用555定时器组成的多谐振荡器实现。（略）

⑵ 定时器

定时器要求向控制器提供5秒的定时信号TY和25秒的定时信号TL，并能由控制器的状态转换信号ST作用下复位。由此可见定时器的设计就是设计一个在秒脉冲作用下的模为5和25的计数器。该计数器由控制器的状态转换信号ST清零。

计数器选用4位二进制同步集成计数器74LS163，很容易实现25和5进制计数，电路设计如图2所示。

TY TL QD QC QB QA 74LS163 CR CLK ST EP ET CO QD QC QB QA 74LS163 EP CR CLK ET 1 CP (1S)

图2定时器电路图

⑶ 控制器

①控制器功能分析

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。 一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1： 表1 控制器状态 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

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； AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。 由此得到交通灯的ASM图，如图3所示： AG BR AR BY ST

0 1 TL TY 0 1

ST ST

AR BG ST AY BR 0 0 TL TY 1 1 图3交通灯控制系统的ASM图

从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：

表2

输 入 现 态 nQ Q0 n1输 出 次 态 n?1Q Q n?11状态转换条件 TL TY 0 X 1 X X 0 X 1 0 X 1 X X 0 X 1 状态转换信号 ST 0 1 0 1 0 1 0 1 00 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 ②控制器元器件选择

记忆器件采用D触发器（74LS74题给），又控制器有4个状态，故需2个D触发器。 组合电路部分采用数据选择器（题给74LS153）。 ③电路设计

由状态转换表可通过卡诺图化简得状态方程。

TLTY 00 01 11 10 Q1Q0 00 0 0 0 0

01 0 1 1 0 1 1 1 1 11

10 1 0 0 1

‘’

Q1*=Q1Q0+Q1Q0TY+Q1Q0TY’=D1

TLTY

00 01 11 10 Q1Q0

00 0 0 1 1 01 1 1 1 1

1 1 0 0 11

10 0 0 0 0

‘‘‘

Q0*=Q1Q0+Q1Q0TL+Q1Q0TL’=D0 TLTY 00 01 11 10 Q1Q0

00 0 0 1 1

01 0 1 1 0

0 0 1 1 11

10 0 1 1 0

‘‘‘

ST=Q1Q0’TL+Q1Q0TY+Q1Q0’TY＋Q1Q0TL

用4选1数据选择器实现以上3个逻辑表达式。 4选1数据选择器的逻辑表达式： Y=A’B’D0+A’BD1+AB’D2+ABD3

所以，对于第1个4选1有：A=Q1,B=Q0，C0=0,C1=TY,C2=TY’,C3=1 对于第2个4选1有：A=Q1,B=Q0，C0= TL,C1=1,C2=0,C3= TL’

‘

对于第3个4选1有：A=Q1,B=Q0，C0= TL,C1= TY,C2= TY,C3= TL

Q1 Q0 ST Q1 ‘ D Q0 D ‘ A Y1 A B Y0 A B Y C3 C2 C1 C0 B C3 C2 C1 C0 C3 C2 C1 C0 1 1 TY

TL

⑷ 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、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。

表3 Q1Q0 00 01 11 10 AG AY AR 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 BG BY BR 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 由上表可得：

AG=Q1’Q0’ BG=Q1Q0 AR=Q1 BR=Q1’ AY=Q1’Q0 BY=Q1’Q0 （电路略，自画）

第三章 电路安装与实验调整 第四章 设计总结与体会

附录：整体电路图

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