电子技术课程设计报告--交通灯控制系统

交通信号灯控制系统设计报告

一．实验目的

1.掌握综合应用数电理论知识和中规模集成电路设计方法

2.掌握调试及电路主要技术指标的测试方法。

3 了解交通灯管理的基本工作原理。

二、交通灯控制器任务及要求

1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态

用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。

2、能实现正常的到计时功能

用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）60秒，支干道每次放行（绿灯）45秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯5秒作为过渡。

3、能实现特殊状态的功能（选做）

（1〉按sl键后，能实现特殊状态功能：

（2）显示到计时的两组数码管闪烁；

（3）计数器停止计数并保持在原来的状态：

（4）东西、南北、路口均显示红灯状态：

（5）特殊状态解除后能继续计数。

4、能实现总体清零功能：按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。

5、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。

三．比较和优选设计方案

1．方案1：利用单片机来设计

1）显示界面

该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。

完全采用数码管显示。这种方案虽只显示有限的符号和数码字苻，但是完全胜任题目要求。

2）输入：

题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理。直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。

3）输出：

控制发光二极管，来表示红绿灯的亮灭，及山烁。

系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。

方案2：利用中规模集成芯片来实现。其中信号灯的亮灭有三种可选方案：1）利用74LS161：

2）利用存储器：

3）利用扭环循环控制。

方案选择：由于这次实验是电工电子实验。利用方案1不太满足要求。方案2中利用扭环循环控制信号灯的亮灭，不容易实现特殊功能状态；利用存储器需要对芯片编码，有时会出现编码混乱的情况，这样会造成电路检测的不便。因此选用161控制信号灯的亮灭，较为合适。

四．系统框图及说明：

1、分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯控制系统的原理框图如下图所示。它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS192来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器(4片7448)来控制数码显示器显示，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。

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

，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，主干道车道的红灯亮，车道禁止通行。S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，主干道车道的红灯亮，车道禁止通行。S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，主干道车道的绿灯亮，车道通行。S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，主干道车道的黄灯亮，车道缓行。

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，

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，

图1-3信号灯的工作顺序流程

显然，这是一个二位二进制计数器。可采用中规模集成计数器74LS161加法计数器构成状态控制器，电路如图1-4。

图1-4 用中规模集成计数器74LS161构成状态控制器

表一 74LS161的功能表

3．状态译码器的设计

主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真值表1。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。

表1-2 状态编码与信号灯关系表

电路接法如下：

状态控制器输出

主干道信号灯

支干道信号灯

Q B Q A R1 Y1 G1 R2 Y2 G2 0 0 1 1 0 1 0 1

1 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

0 0 1 1

1 0 0 0

0 1 0 0

现选择半导体发光二极管模拟交通灯，门电路输出高电平时，点亮相应的发光二极管。

4．主干道计时电路

1)原理：通过74LS192(2片) 采用串行异步整体置数级连和下一个状态的相应控制来分别实现60秒、5秒、50秒。通过7448（2片）译码器和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。

2).原器件的选择及参数：

若选集成计数器74LS192（2片），采用异步整体置数。译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。

表1-3 7448状态表

注：本系统设计用的是

74LS192

计数器（0-9），因此7447的后面几个状态没必要写出。

表1-4状态编码与时间关系表

开关(s) A B C 时间（T）

1 1 0 0 60

2 0 1 0 5

3 0 0 1 50 3).电路接法如下：

注：此分电路很重要、尤其在对时间的控制上、红灯显示时间=支干道绿灯显示时间+支干道黄灯显示时间、否则会出现交通混乱现象。另外、3个开关

（s1,s2,s3）在分图的连接中作为选择时间，而在总图中，应该连接到相应的显示灯上。

5．支干道计时电路

1)原理：

通过74LS192(2片) 采用串行异步整体置数级连和下一个状态的相应控制来

分别实现45秒、5秒、65秒。通过7448（2片）译码器

和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。

2).原器件的选择及参数：

若选集成计数器74192（2片），采用异步整体置数。译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。基本上与主干道计时电路一样。

3).电路接法如下：