交通信号灯控制电路的设计与仿真

唐山学院

《电子技术》课程设计

题目交通信号灯控制电路的设计与仿真系 (部) 信息工程系

班级 10应用电子技术2班

姓名李程浩

学号 3100212226 指导教师成凤敏王蕾

2012年6月25日至 6月29 日共1周

2012年6月28日

《电子技术》课程设计任务书

课程设计成绩评定表

目录

1 引言 (1)

2 交通灯设计内容 (2)

2.1 工作方式 (2)

2.2 控制特点 (2)

3 总体设计 (3)

3.1 单元电路设计 (3)

3.1.1 系统电源 (3)

3.1.2 秒脉冲产生电路 (4)

3.1.3十二进制计数器 (5)

3.1.4分频器电路的设计 (5)

3.1.5 信号灯驱动电路 (7)

3.1.6白天夜间模式切换的设计 (7)

3.1.7交通灯逻辑控制电路 (8)

3.2仿真调试 (10)

4 设计总结 (14)

附录1 (16)

1 引言

电子技术是根据电子学的原理运用电子器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学,包括信息电子技术和电力电子技术两大部分。随着时代的进步其获得了长足的提发展，在生活中被应用的越来越广泛。

目前随着经济的发展，城市极度膨胀，人们生活水平的提高，私家车越来越多已成为不争的事实。然而路网建设并没有随着机动车保有量的增加而增加。城市道路堵塞日趋加重，交通事故频繁。城市交通越来越成为一个广泛性的问题，如何能够更好的应用当前科技成果造福人类业已成为热门话题。

一个拥有活力的城市离不开各种系统，而城市交通控制系统是现代城市智能交通系统的重要组成之一。

城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段。路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备，它是交通信号控制的重要组成部分。各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。

Multisim10它是美国NI公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。在搭建实际电路之前，采用Multisim10仿真软件进行虚拟测试，可使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，使实验内容更完备，提高了实验效率，节省大量的实验资源。有了Multisim10软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。

由Multisim10软件设计的交通信号灯控制电路系统由控制器、四分频器、定时器、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，555定时器输出脉冲信号，控制电路控制定时器的工作，驱动电路驱动六只三色LED工作。

此可见本次电子技术课程设计能够带领我们深入的了解交通信号灯的应用原理，更好的掌握所学知识，在实际操作中培养自己的实际动手能力，将理论应用于实际生活中。进一步提高个人对电子技术的理解运用。

2 交通灯设计内容

2.1 工作方式

设计交通信号控制灯要求白天的工作方式是：某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮，如此循环。如图2-1：

图2-1 信号指示灯白天点亮流程图

夜晚的工作方式是：南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其他灯不亮。设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。

2.2 控制特点

从点亮要求可以看出，有些输出是并行的。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。总的设计框图如图2-2：

图2-2 整体电路设计框图

3 总体设计

3.1 单元电路设计

3.1.1 系统电源

本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的5V 直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计输出为5V 的直流稳压电源。通过变压器将市电降压到交流9V ，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V 电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要。

直流稳压电源包括变压器降压、二极管或整流桥整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。仿真图如图3-1所示

在Multisim 中进行仿真电压示数如图3-2

如图3-2所示通过变压器将市电降压到交流8.718V ，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5.015V 电压，在允许范围与要求相符。

图3-2 仿真电压表示数

图3-1 直流稳压电源仿真图

U2

3.1.2 秒脉冲产生电路

由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，选择用555定时器组成多谐振荡器。其中由555构成本次课设的1秒脉冲电路如图3-3所示：

振荡周期与频率的计算公式为：T=(R1+2R2)Cln2=0.7×(R1+2R2)C ,电源电压为V=5V ，其中电路图中C2的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，一般选用10nF 的瓷片电容。设计要求T=1S ，选C1=1uF,R1=360kΩ，由于系统误差选择电阻R2=410k Ω。 在Multisim 中进行仿真得图3-4：

图3-3 用555定时器组成多谐振荡器

图 3-4 输入脉冲仿真波形