交通灯全

数字电路课程设计报告

题目新型交通灯

系别电子工程系

专业通信工程

学生姓名尚丽丽（22）李丽（11）指导教师李红

2007年01月25日

新型交通灯控制管理器

一、设计要求

设计一个十字路口交通灯定时控制电路，要求：东西、南北两个方向的信号灯必须交替工作；显示采用LED光柱或数码管倒计时的方式。可以转换为手动状态，即由交警自由切换通行方向；遇有紧急情况可人为将两个方向都置为红灯。

二、方案论证及选择

方案一：用时间控制交通灯的状态转换

1、原理

本方案的主要思想是用时间控制交通灯状态的转换，时间变化是有规律的。

先南北直行红灯亮，而后黄灯亮3秒，再直行绿灯亮27秒，黄灯亮3秒；然后南北转弯绿灯亮，黄灯亮，南北交通灯都亮红灯；东西交通灯以同样规律变化。

（1）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮3秒，黄灯亮时，绿灯灭。（2）要求在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）时均有倒计时显示。所以基本符合现实功能，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。

2、基本功能、扩展功能分析

考虑交通灯的功能，一个十字路口至少需8组交通灯：东西南北各两组，一组指挥转弯，一组指挥直行。而设计的关键是控制交通灯的亮灭。

考虑南北、东西方向灯的亮灭规律相同，故可以考虑用四组交通灯来模拟实际的八组交通灯：东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。可用计数器控制时间，在不同的时间显示不同的灯。根据设计分析，可以采用如下方案实现交通灯显示：通过计数来计时，不同的时间输出不同的使能信号，使各方向的不同交通灯显示不同的颜色。夜间车少需交通灯，则红灯、绿灯灭，黄灯闪烁使司机明白前方为十字路口，小心行驶。

倒计时显示需设计不同的倒计时计数器，显示不同方向交通灯的显示时间，通过数码管显示时间，使行人方便。

方案二：当交通灯自动运行时，通行方向进行24S倒计时，其中

绿灯时间为20S，在此期间禁行方向一直为红灯，计数器在交通灯变方向时重复计数。当调到手动状态时可提供脉冲让交通灯循环变快或变慢。电路还有夜间功能，夜间时打到此档，则电路停止循环工作，只有黄灯闪烁。当南北向绿灯亮，而东西向红灯亮时，使南北向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始下减，当减倒“00”时，南北向绿灯灭，红灯亮，而东西向红灯灭，绿灯亮。如下图所示为此方案的系统图.

方案三：此方案红绿灯控制器主要有四块555和一些阻容元件接

成单稳延时电路，四级电路首尾相接，依次延时触发，使交通灯依次出现一黄一红（色）信号，指挥行人和车辆在十字路口有秩

序地通行（绿）---提醒注意（黄）---禁止通行（红）。

当刚接通电源时，开启脉冲经IC(CD4011)门电路和R

1、C

1

延

迟，C

2、R

22

微分后，触发IC

2

。IC

2

和R

4

～R

7

、C

6

组成单稳延时电路，

其定时时间长短取决于K1的置档位置，延时t

d

=1.1RC6,设定时间

分别为60秒、45秒、30秒。暂稳结束时，IC

2

的3脚转呈低电平，

经C3、R

23

微分后，其下降沿又触发IC3，形成第二级单稳延时，依次触发定时，完成绿色灯亮---黄色灯亮（8秒、10秒、12秒）---红色灯亮（60秒、45秒、30秒）的循环周期。

本线路为控制电路及指挥岗亭内的监控显示部分。若真正用于交通指挥，应使控制信号去激励固态继电器，然后去驱动三色光灯泡。

经过讨论研究，方案二要用数码管显示部分电路非常的麻烦，由于电路板面积有限，所以采用第三种方案。方案三电路简单，只用简单的四个555元器件组成四个单稳态电路就能达到目的。且原理清晰，易于操作。

三、系统组成框图

1、分析系统的逻辑功能，其框图如下：

2、信号灯转换器

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以不考虑)，如图1-2所示

信号灯状态与车道运行状态如下：

S0：支干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；主干道 车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行

S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；主干道 车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行

S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道 车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行

S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道 车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行 G1=1：主干道绿灯亮 Y1=1：主干道车道黄灯亮

R1=1：主干道车道红灯亮，人行道绿灯亮；南北方向人行道红灯亮

G2=1：支干道车道绿灯亮

Y2=1：支干道车道黄灯亮

R2=1：支干道车道红灯亮，人行道绿灯亮；东西方向人行道红灯亮四、单元电路设计

一、集成555定时器的内部电路图及管脚排列图

附表给出了555定时器5号端开路时功能表。

555管脚排列图）输出端

v IC

v I1

v I2

v O1

（1）

二、控制电路

控制电路主要由单稳态触发器和RC 电路构成、电路如下图所示。该电路有两个输入端和三个输出端。当QAQBQCQD=0000时，输入端IO 为低电平，此时信号将直接经O1输出给LD 以进行异步置数，因此74191的0000状态持续时间很短暂。输入端I1由光电检测电路的输出信号提供，当有车辆时，输出低电平；无车辆时输出高电平。输出信号O1=I1，而输出信号O2而由I1经反相器、RC 电路和一单稳态电路得来。O1的作用是当道路上无车辆时，保持主干道绿灯亮，乡间道红灯亮。当主干道绿灯变亮并检测到道路上有车辆（即I1=0）时 ，O2触发单稳态电路并维持主干道绿灯亮66s,即T2 = RCln3=1.1×6M Ω×10μf=66(s)。

输 入

输 出

阈值输入（v I1） 触发输入（v I2） 复位 输出（v O ） 放电管T

× × 0 0 导通 < 2V CC /3 < V CC /3 1 1 截止 > 2V CC /3 > V CC /3 1 0 导通 < 2V CC /3 > V CC /3 1 不变 不变

555定时器功能表