十字路口自动红绿灯指挥系统

信息与电气工程学院

课程设计说明书（2013 /2014 年第二学期）

课程名称：电子技术课程设计

题目：十字路口自动红绿灯指挥系统

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计周数：2周

设计成绩：

2014 年7 月11 日

目录

第一章设计任务及设计目的 (1)

第二章系统概述 (2)

2.1 系统概述 (2)

2.2 交通灯逻辑分析 (2)

2.3总体设计方案 (3)

第三章单元电路设计与分析 (5)

3.1秒脉冲信号发生器的设计 (5)

3.2定时器的设计 (6)

3.3 控制器的设计 (6)

3.4 显示电路的设计 (7)

第四章电路功能测试方案与测试结果 (8)

第五章综述及心得体会 (9)

5.1 系统综述 (9)

5.2 总结及心得体会 (9)

附录 (9)

附录一实验原理图 (9)

附录二PCB图 (11)

附录三元器件清单 (12)

附录四焊接电路板 (13)

参考文献 (13)

第一章设计任务及设计目的

1.1设计任务及要求

设计交通信号控制灯要求某方向绿灯点亮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。如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置手动开关，用手动开关控制白天和夜间工作方式。

要求实现逻辑功能：

1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间24s。

2、东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮，时间4s。

3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间24s。

4、发生紧急情况可以手动控制。

1.2设计目的

通过本课程设计，使学生加强对电子技术课程内容的理解和掌握，学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力。

学习了一个学期的《数字电子技术》课程，这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识，通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况。通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。

交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理。本次的设计就是基于此目的进行的。

第二章系统概述

2.1系统概述：

系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，

进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。

2.2交通灯逻辑分析：

1、图1表示东西车道和南北车道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许车辆通行，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止通行。

2、交通信号灯顺序工作流程（图2）图2交通信号灯顺序工作流程东西方向信号灯红黄绿

南北方向信号灯红黄绿

东西时间显示

南北时间显示

系统控制电路

图1 交通信号灯控制器框图

南北绿灯亮、东西红灯亮，占24S

南北黄灯亮、东西红灯亮，占1S

南北红灯亮、东西绿灯亮，占24S

南北红灯亮、东西黄灯亮，占1S

2.3总体设计方案：

交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，假设分别用S 0、S 1、S 2、S 3表示。

S 0状态：东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮，此时东西方向车道允许车辆通行，南北方向车道禁止车辆通行。当东西方向车道绿灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。

S 1状态：东西方向车道黄灯亮，南北方向车道红灯亮，此时东西方向车道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，南北方向车道禁止车辆通行。当东西方向车道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。

东西方向信号灯 红 黄 绿 南北方向信号灯

红 黄 绿 东西时间显示 南北时间显示

译码器 显示 译码器 显示 译码器 计数器 计数器 秒脉冲发生器 自动转换、预置时间电路 反馈电路 寄存电路

编码电路 图3系统控制电路参考框图

光控电路

S3状态：东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。此时东西方向车道禁止

车辆通行，南北方向车道允许车辆通行，当南北方向车道绿灯亮够规定时间后，

控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。

S2状态：东西方向车道红灯亮，南北方向车道黄灯亮。此时东西方向车道禁止

车辆通行，南北方向车道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁

止通行。当南北方向车道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系

统进入下一个状态------S0状态。

S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、10、11，由此得到控制器的

状态，如表1所示。

表1状态转换表

控制器状态信号灯状态车道运行状态

S0（00）东西方向绿，南北方向红东西方向车道通行，南北方向车道禁止通行S1（01）东西方向黄，南北方向红东西方向车道缓行，南北方向车道禁止通行S3（11）东西方向红，南北方向绿东西方向车道禁止通行，南北方向车道通行S2（10）东西方向红，南北方向黄东西方向车道禁止通行，南北方向车道缓行

第三章单元电路设计与分析

3.1秒脉冲信号发生器的设计：

本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。555定时器应用为多谐振荡电

路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高

电平，C放电终止，Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振

荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。因

为该电路的输出脉冲的周期T≈0.7(R1+2R2)·C,若T=1s，令C2=0.01μf，R21=10K Ω,那么R22=100KΩ。其它参数为：C1=100uF。如图所示。