交通灯控制电路数电课程设计数字电路课程设计

——交通灯控制电路

目录

第一章：序言 (2)

第二章：设计任务书 (2)

第三章：电路组成和工作原理 (4)

第四章：设计步骤及方法 (7)

第五章：总结 (10)

第七章：参考文献 (10)

第一章序言

随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。其中红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。

第二章设计任务书

一、设计题目：

二、技术内容及要求：

三、给定条件及器件

四、设计内容

1.电路各部分的组成和工作原理。

2.元器件的选取及其电路逻辑图和功能。

3.电路各部分的调试方法。

4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决

的办法。

第三章电路组成和工作原理设系统工作的十字路口由主、支两条干道构成，4路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于计时的2位由数码管显示的十进制计数器，其示意图如图5—1所示。

图1 十字路口交通信号灯控制示意图

根据交通规则，交通信号灯自动定时控制器所需实现的功能如下：

(1)主、支干道交替通行，通行时间均可在0 ~ 99 s内任意设定。

(2)每次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间(也可在0 ~ 99 s内任意设定)，用以等待十字路口内滞留车辆通过。

(3)主支干道通行时间和黄灯亮的时间均可由同一计数器按减计数方式计数(零状态瞬间进行状态的转换，视为无效态)。

(4)在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换(换灯)。

(5)计数器的状态由EWB显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由EWB显示器件库中的指示灯模拟2．系统工作流程图

设主干道通行时间为N1，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间均为N3，通常设置为N1>N2>N3。系统工作流程图如图5-2所示。

图2 系统工作流程

3．系统硬件框图

图3 硬件结构框图交通灯控制系统的原理框图如图3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：

S0: 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。

（1）如图2所示，主干道绿灯亮，支干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔N1

时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。

（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。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，支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔N3时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（3）主干道红灯亮，支干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行，绿灯亮足规定的时间间隔N2时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，支干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。黄灯亮足规定的时间间隔N3时，控制器发出状态转换信号，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表、1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：

表1 控制器工作状态及功能表

一、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。

二、定时器——定时器由与系统秒脉冲（由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，计数器从零开始进行增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。三、——第四章设计步骤及方法

一、列出控制器与信号灯的关系表：

(1)状态控制器: 由流程图可见,系统有4种不同的工作状态

(S0～S3)，选用4位二进制递增集成计数器74163作状态控

制器，74163的功能表如图所示，电路符号在图中可见，取底两位输出QB、QA作状态控制器的输出。状态编码S0、S1、S2、S3分别为00、01、10、11.

(2)状态译码器：以状态控制器输出（QB、QA）作为译码器的输

入变量，根据四个不同通行状态对主、支干道三色信号灯的控制要求，列出灯的控制要求，列出灯控函数真值表，如表X所示。

表2、灯控函数真值表

由灯控函数真值表可写出六盏灯的逻辑表达式，经化简获得六盏灯的逻辑式为

R=QB r=Q`B

Y=Q`BQA y=QBQA

G=Q`BQ`A g=QBQ`A

根据灯控函数逻辑表达式，可写出由与门和非门组成的状态译码器电路，如图3所示。将状态控制器，状态译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成三色信号灯逻辑控制电路，如图4所示。

需要特别指出的是，上述获得状态译码电路的过程完全可以借助EWB自动进行，在EWB主界面下，打开仪器库，调出逻辑转换仪。在逻辑转换仪面板上的真值表内填入某灯的输入变量和输出函数值，按下“真值表→简化逻辑函数”按钮，即可得到简化的灯控逻辑函数。再按下“简化逻辑函数→逻辑图”按钮，即可得到某灯的逻辑图。

表1

图4 三色信号灯逻辑控制电路