数字电子技术交通信号灯控制系统

1、前言在现代城市中，随着人口和汽车日益增长，市区交通安全问题也日益突出。因此，交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的通行秩序，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。 自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数

2、字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,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。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。目录一、系统概述.3二、单元电路的设计.41、秒脉冲发生器.42、时序电路.53、译码电路.54、信号灯电路.95、减计数器.106、显示译码电路.117、总原理图.12三、调试与检测.13四、体会总结.13五、参考文献.14六、附录.15 交通信号灯控制电路一、设计指标：1. 指标要求： 十字路口的主、支干道各有红、黄、绿三个灯。主干道通行三十秒；支干道通行二十秒。绿灯行，红灯停。绿变红时，要求黄灯先亮

3、五秒钟。2.原理图：时间数字显示显示译码电路脉冲发生器时序电路 译码电路支干道信号灯主干道信号灯减计数器 二、课程设计步骤：1.按要求做方案设计，确定芯片，用仿真软件画出电路图并仿真。2.安装调试。3、交课程设计任务说明书，验收，答辩。三、课程设计报告要求：1、题目指标要求。2、电路方案框图。3、详细写出每一框图电路的设计思想，画出相应的电路。写出所用元件的参数、型号和逻辑功能表。4、总体电路图及工作原理分析。5、总结。一、系统概述：交通灯控制系统的原理框图如图1所示。 时间数字显示脉冲发生器时序电路 译码电路支干道信号灯主干道信号灯减计数器显示译码电路 图1 交通灯控制系统原理框架图它主要由

4、脉冲发生器、时序电路、译码电路、减计数器和显示译码电路等部分组成。脉冲发生器是系统中标准时钟信号源，译码电路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。减计数器和显示译码电路共同实现数码管的倒计时显示功能，其准确的时间要由译码器输出的四种状态信号控制。译码电路和显示译码电路是系统的主要部分，由它们控制信号灯和数码管的工作。 两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图2所示：状态1支干道绿灯亮时间30s状态2支干道黄灯亮时间5s状态3主干道绿灯亮时间20s状态4主干道黄灯亮时间5s图2 信号灯的运行状态绿 黄 红 红 黄 绿主支 表1 电路运行状态表信号状态信号灯状态车辆通行状态数码管

5、状态状态1主：绿 支：红主：通行 支：禁行30s倒计时状态2主：黄 支：红主：缓行 支：禁行5 s 倒计时状态3主：红 支：绿主：禁行 支：通行20s倒计时状态4主：红 支：黄主：禁行 支：缓行5 s 倒计时二、单元电路的设计1、秒脉冲发生 本设计采用555定时器组成秒脉冲信号发生器，产生周期为1s的矩形波。根据下列公式计算 所以电路中R1和R2的参数为47k，电容器C1和C2的参数为10uf。 、脉冲输出线 图3 脉冲信号发生器2、时序电路时序电路由两片74LS161芯片组成60进制的计数器如图3所示：Q0Q1Q2Q3Q0Q0Q0Q4Q5Q0Q0Q0 脉冲信号输入端图4 六十进制的循环计数器

6、U2的进位信号TC端接U3的CET端和CEP端。所以U2的输出端是低位，U3的输出端是高位。当CET=1且Q0Q1Q2Q3=1111时TC=1表明下一个CP上升沿到来时将会有进位发生。因为信号灯运行一个周期需要时间=30+5+20+5=60s，所以计数器需要设计成六十进制的循环计数器。六十进制的计数器有059个状态，换用二进制表示也就是000000111011。当出现60（111100）的时候计数器立刻跳回0（000000）实现一个周期循环，所以电路中要采用反馈清零的方法实现这一设计。两片161串接共有8个输出端口，而实际上只需要六个即可，如图4所示标记为Q0Q1Q2Q3Q4Q5，左侧为低位右

7、侧为高位。当Q2Q3Q4Q5=1111时计数器清零，将Q2Q3Q4Q5通过与非门电路连接U2和U3的CR清零端。3、译码电路计数器有六根输出线输出60个状态，译码器采用6线64线译码电路。如图5所示：译码电路采用9片74LS138芯片组成，Q0Q1Q2Q3Q4Q5与计数器的输出端相连。由于计数器只有60个状态，所以译码器的64个输出线并没有充分利用有四根是闲置的。在仿真时会看到低电平从1端口一次移动到60端口然后循环。将130个端口用与非门连接输出端就是状态1，3135个端口用与非门连接输出是状态2，3655个端口用与非门连接输出就是状态3，5660个端口用与非门连接输出就是状态4.Q0Q1Q

8、2Q3Q4Q5313513056603655图5 6线64线译码器由于采用的芯片太多给做实物电路增加困难，因此要在此原理基础上简化电路计数器输出的前三十个状态信号为从000000011101，接下来五个状态信号为011110，011111，100000，100001，100010；3655的状态信号为100011110110，5660的状态信号为110111111011由这些二进制数可看出最高位为零时只要排除011110，011111这两种情况即为第一种状态。即Q5=0且Q1Q2Q3Q41111 所以可以将6线64线译码电路的前3片芯片替换，即可达到简化电路的效果。如图6所示：状态1Q0Q1Q

9、2Q3Q4Q5 图6 简化译码电路四根状态线在电路中的布局如图7所示状态4状态3状态2状态1 图7 四根状态线 4、信号灯电路状态1状态2状态3状态4这四根线同一时间只有一个高电平，且在四个状态线上依次循环。具体如表2所示：表2状态线电平表四根状态线电平持续时间信号灯状态状态1100030s主：绿 支：红状态201005s主：黄 支：红状态3001020s主：红 支：绿状态400015s主：红 支：黄 由于每根状态线都要控制两个二极管，且不能互相干预。所以在电路中要加入或逻辑门电路状态1时 D3和D5亮，状态2时D1和D5亮，所以将状态1和状态2经或门连接到D5.如图8所示： 状态3状态4状态

10、1状态2 图8 信号灯电路5、减计数器 减计数器采用两片74LS192串接。U4为十位U5为个位,根据因为最初的置数有30, 05,20,05(00110000,00000101,00100000,00000101),所以U4中D3D2恒接地U5中D3D1恒接地.TCD是借位信号输出端，个位为0时如果再减就向十位发出借位信号，U4的借位端连接两个芯片的清零端PL，十位为0时如果再减借位信号使两芯片同时回到0.如图9所示：置数端 图9 74LS192减计数器减计数器的工作要受信号灯状态的控制，信号灯每变换一种状态计数器就要重新置数，所以四根状态线与三根置数端要有逻辑电路连接。当信号灯处于状态1时

11、，四根状态线只有1为高电平，置数00110000,当信号灯处于状态2时四根状态线只有2为高电平，置数00000101, 当信号灯处于状态3时四根状态线只有3为高电平00100000, 当信号灯处于状态4时四根状态线只有4为高电平00000101.如图10所示：状态1状态2状态3状态4秒脉冲信号 图10 计数器的置数6、显示译码电路 显示译码电路采用两片74LS248芯片，具体接线如图11所示：十位个位 图11 数码管显示电路7、总原理图三、调试与检测电子电路设计要考虑很多因素，用软件模拟出来的只是理想情况，实际电路中会有各种各样的误差和困难。加之元器件性能的延时和兼容性，以及许多人为因素的影响

12、，一个组装好的电子电路一般都要经过调试才能正常工作。在调试过程中用的最多的仪器就是万用表。1、调试方法：电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试(1) 分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。分块调试可以在小范围内发现问题，易于解决。(2) 整体调试 此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。2、调试步骤：（1）检查电路，看是否有线路漏接错接。（2）接通电源观察，看电路是否正常运行。若有错误就逐步就行调试（3）看信号灯的闪烁情况及数码管显示情况，根据所出现的异常，先检测与之相关的导线，在检测相关芯片。 四、体会总结通过这次课程设计交通信

13、号灯控制电路的设计与制作，我有了很多体会，深深感受到电子技术在现代日常生活中的广泛应用，认识到了这门学科的重要性，为以后的学习工作打下良好的基础。这次课程设计主要还是通过查阅课本电子技术基础（数字部分）才顺利完成的。虽然画出了设计图并且仿真成功，但是所选用的芯片太多了，电路结构多余繁杂，给组装电路带来了许多困难。其实电路设计最重要的就是一个好的思路，有了思路才能充分利用课本上学到的知识进行设计，并尽可能的简化电路。由于本次是分组完成的，可以在小组内讨论，集思广益，把好的方法原理集中到一个方案中，更体会到了团队协作的的力量。完成了这次课程设计后，有种如释重负的感觉，同时也感到一点点自豪，可以用学到的知识完成一个看似平常但却包含很多知识的器件，大大提高了学习电子技术的积极性。这不仅仅是个人的成功，也是我们小组的成功，大家的功劳，享受到了团队精神带来的快乐。以后的学习生活中，大家更要相互帮助、学习，集思才能广益，才能创作出好的作品。希望以后会有更多的让自己动手实践的机会来提高自己的实践能力。同时，在平时要要求自己多看书，多查阅相关资料，完备自己的知识体系，相信在以后的实践活动中会做出更好的作品。五、参考文献1康华光.电子技术基础(数字部分).北京:高等教育出版社221IC中国电子网（）3阎石数字电子技术基础第四版北京：高等教育出版社