交通灯控制电路设计

交通灯控制电路设计由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。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靠在禁行线外。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。一、设计目的1掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。2熟悉数字集成电路的设计和使用方法。二、设计任务与要求1用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。2当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。3主支干道交替允许通行，主干道每次放行30S、支干道20S。设计30S和20S计时显示电路。4在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5S的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5S计时显示电路。三、交通灯控制电路基本原理及电路设计实现上述任务的控制器整体结构如图424计时器时钟信号主控制器译码驱动电路主干道信号灯支干道信号灯传感器图424交通灯控制器结构图1主控制器主控电路是本课题的核心，它的输入信号来自车辆的检测信号和30S、20S、5S三个定时信号，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。主控电路的输入信号有主干道有车A1，无车A0；支干道有车B1，无车B0；主干道有车过30S为L1，未过30S为L0；支干道有车过20S为S1，未过20S为S0；黄灯亮过5S为P1，未过5S为P0。主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能，即4种状态主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30S定时器，状态为S0；主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动5S定时器，状态为S1；主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动20S定时器，状态为S2；主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动5S定时器，状态为S3。四种状态的转换关系如图425图425交通灯控制状态转换图可用2个JK触发器表达上述四种状态的分配和转换。2计时器电路这些计时器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控器的状态和传感器信号的控制。例如30S计时器应在主、支干道都有车，主控器进入S0状态（主干道通行）时开始计时，等到30S后往主控器送出信号（L1）并产生复零脉冲使该计数器复零。同样20S计时器必须在主、支干道都有车，主控器进入S2状态时开始计数，而5S计时器则要在进入S1或S3状态时开始计数，待到规定时间分别输出S1、P1信号，并使计数器复零。设计中30S计数器可以采用两个十进制计数器T210级连成三十进制计数器，为使复零信号有足够的宽度，可采用基本RS触发器组成反馈复零电路。按同样的方法可以设计出20S和5S计时电路，与30S计时电路相比，后两者只是控制信号和反馈信号的引出端不同而已。3译码驱动电路（1）信号灯译码电路主控器的四种状态分别要控制主、支干道红黄绿灯的亮与灭。令灯亮为“1”，灯灭为“0”，主绿灯支红灯亮主黄灯支红灯亮主红灯支绿灯亮主红灯支黄灯亮过5SS0S1S2S3支道无车或主道有车未过30S主道有车支道有车或主支道均有车已过30S支道无车或主道有车已过20S支道有车并主道无车或支道有车或未过20S未过5S未过5S过5S主干道红黄绿等分别为R、Y、G，支干道红黄绿等分别为R、Y、G，则信号灯译码电路真值表为表421信号灯译码电路真值表输入输出Q2Q1RYGRYG00001100010101001010001011100001由真值表可进一步得到各灯的逻辑表达式，进而确定其电路形式。（2）计时显示译码电路计时显示实际是一个定时控制电路，当30S、20S、5S任一计数器计数时，在主支干道各自可通过数码管显示出当前的计数值。计数器输出的七段数码显示用BCD码七段译码器驱动即可，具体设计可参考课题一电子数字钟的译码、显示部分。4时钟信号发生器电路产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。此电路与课题一数字钟的秒脉冲信号产生电路相同，可参阅其中晶体振荡电路、分频电路的设计。如果计时精确度要求不高，也可采用RC环形多谐振荡器。5传感器设计中用开关代替传感器，主干道有车A1，无车A0；支干道有车B1，无车B0；四、调试要点1画出整机电路图，并列出所需器件清单。2采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。3秒脉冲信号发生器与计时电路的调试与上一设计相同。4主控器电路的调试，可用逻辑开关S1、S2、S3、S4、S5分别代替A、B、L、S、P信号，秒脉冲作时钟信号，在S1S5不同状态时，主控器状态应按状态转换图转换。5如果以上逻辑关系正确，即可与计时器输出L、S、P相接，进行动态调试。此时，A，B信号仍用逻辑开关S1、S2代替。6信号灯译码调试亦是如此，先用两个逻辑开关代替Q2、Q1，当Q2、