交通信号灯控制器实验报告

交通信号灯控制器

一、设计任务及要求 (2)

二、总体方案设计以及系统原理框图 (2)

2.1、设计思路 (2)

2.2、各模块相应的功能 (2)

2.3、系统原理图 (3)

三、单元电路设计 (3)

3.1、车辆检测电路 (3)

3.2、主控电路 (4)

3.3、灯控电路 (5)

3.4、计时控制电路 (6)

3.5、计时显示电路 (6)

3.6、反馈控制电路 (7)

3.7、置数电路 (7)

3.8、时基电路 (7)

四、工作原理 (8)

五、电路的软件仿真及结果分析 (8)

5.1、时基电路（555接成的多谐振荡器）的电路图以及波形的显示 (8)

5.2、结果分析 (10)

六、电路的组装调试 (10)

6.1、使用的主要仪器和仪表 (10)

6.2、调试电路的方法和技巧 (10)

6.3、调试中出现的问题、原因和排除方法 (11)

七、收获、存在的问题和进一步的改进意见 (11)

7.1、存在的问题和进一步的改进意见 (11)

7.2、收获以及心得体会 (12)

附录一：电路所用元器件 (14)

附录二：电路全图 (15)

附录三：实际电路图 (16)

一、设计任务及要求

在一个主干道和支干道汇交叉的十字路口，为了确保车辆行车安全，迅速通行，设计一个交通信号灯控制电路，要求如下：

1、用两组红、绿、黄发光二极管作信号灯，分别指示主道和支道的通行状

态。

2、通行状态自动交替转换，主道每次通行30秒，支道每次通行20秒，通

行交替间隔时为5秒。

3、通行状态转换依照“主道优先”的原则，即：当主道通行30秒后，若支

道无车则继续通行；当支道通行20秒后，只有当支道有车且主道无车时才允许继续通行。（用按键模拟路口是否有车）

4、设计计时显示电路，计时方式尽量采用倒计时。

二、总体方案设计以及系统原理框图

2.1、设计思路

本次设计采用模块划分的方法，每个模块完成一项功能，最后将各个模块连接起来，设计完成后，用Multisim进行仿真，仿真成功后，再去实验室焊接调试。

2.2、各模块相应的功能

（1）车辆检测电路：用来显示主路支路车辆的四种情况。

（2）主控电路：该电路为一个时序逻辑电路，根据车辆的情况实现灯的状态转换。

（3）灯控电路：用来控制灯的四种状态。

（4）计时控制电路：实现时间的倒计时。

（5）计时显示电路：显示时间。

（6）反馈控制电路：为灯的状态转换提供一个触发信号。

（7）置数电路：为每种情况设置应有的时间。

（8）时基电路：为计时控制电路提供触发信号。

2.3、系统原理图

三、 单元电路设计

3.1、车辆检测电路

主路支路车辆总共有四种情况,分别是：主路支路都没车，主路没车支路有车，主路有车支路没车，主路支路都有车；用两个状态变量1X 、2X 可以表示这四种情况，1X 表示主路车辆，且11X =表示主路有车，10X =表示主路没车，2X 表示支路车辆，且21X =表示支路有车，20X =表示支路没车。

选用器材：两个按键开关，这次我们设计的电路中，按键按下表示有车，按键没按表示没车。

主干道 支干道 交通灯控制电路原理框图

3.2、主控电路

（1） 状态选择

主路支路灯亮灭的情况总共有四种情况，分别是主绿支红，主黄支红，主红支绿，主红支黄，可以用两个状态变量1Q 、2Q 来表示这四种情况。

（2） 状态转换图

12X X

（3） 状态化简

总的卡诺图

*1Q

通过上图可化简得：*''11212Q Q Q Q Q =+

*2Q

通过上图可化简得：*'''''2212112212Q X Q Q X Q Q X Q Q =++

（4） 根据上述化简结果，选择双JK 触发器CD4027。

由JK 触发器特性方程：*

'

'

Q JQ K Q =+

可得：

12

12J Q K Q == '

'22112

1

2()1

J X Q X X Q K =++=

3.3、灯控电路

（1） 真值表

分别用G 、Y 、R 来表示主路的绿灯、黄灯、红灯，用g 、y 、r 来表示支路绿灯、黄灯、红灯，且都是值为1表示灯亮，为0表示灯不亮。

（2） 逻辑表达式

由上述真值表，通过化简可得各自的逻辑表达式如下：

''

12

'121

G Q Q Y Q Q R Q ===

'

12

12'

1g Q Q y Q Q r Q ===

（3） 器材选用

选用六个发光二极管，所选的发光二极管的电压为1.5V 左右，电流为3~5mA ，而输出的高电平为5V ，为了保护二极管，并且防止电平偏移，所以在每个二极管前面都必须加限流电阻，经过计算，电阻可在0.7~1.17kΩ之间，本次设计中我们选用6个1kΩ电阻。

3.4、计时控制电路

因为本次实验采用倒计时，所以必须选用有减法计数功能的芯片，而且实验中计数最大可达到30，因此选用两个CD40192同步十进制加减计数器，将两个芯片采用串联接法，即一个芯片（控制低位的数字）的借位端接至另一个芯片（控制高位的数字）的减计数时钟输入端，可得100进制减法计数器，并且将芯片（控制高位的数字）的借位输出端接至两个芯片的置数端（低电平有效），通过置数电路，即可将计数器置成相应的数字。

3.5、计时显示电路

选用两个共阴极七段数码管来显示时间，并且选用两个CD4511译码器作为驱动芯片。因为数码管也是发光二极管组成，因此接至数码管之前必须得接限流电阻，为保证数码管稳定工作且有足够的亮度，本实验选用14个510Ω的电阻。