湘潭大学十字路口的交通灯控制电路设计的数电论文

湘潭大学

电子技术课程设计报告书

题 目： 交通灯定时控制系统设计 学 院： 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 时间：

信息工程学院 2008级自动化三班

2008550309 邹福筱 肖业伟 2010年11月1日

设计任务书

在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下： （1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。 （3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。 选做扩展功能：

（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

目录

一、交通灯设计原理………………………………………………4 二、单元电路的设计……………………………………………....8

1、秒脉冲发生器……………………………………………..8 2、定时器………………………………………………….…..9 3、控制器…...………………………………………………..11 4、译码器……………………………………………...……..14 5.交通信号灯………………………………………………...16 6.整个交通灯控制系统的布局……………………………...17三、仿真过程与效果分析................................................................18 四、元器件清单................................................................................21 五、体会总结....................................................................................22 六、参考文献....................................................................................23 附proteus仿真图

一．交通灯设计原理

交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码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，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：

TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。 由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

图1 交通灯控制系统的原理框图

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2所示

一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：

（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2

）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的

车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车 道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定： AG=1：甲车道绿灯亮； BG=1：乙车道绿灯亮；

AY=1：甲车道黄灯亮； BY=1：乙车道黄灯亮； A R=1：甲车道红灯亮； BY=1：乙车道红灯亮；

由此得到交通灯的ASM图，如 图3依此类推可以弄懂ASM图所示表达的含义。

图3．画出交通灯控制器的ASM

三．单元电路的设计

（1）秒脉冲发生器

脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C

电路图如下图：

秒脉冲产生器

（2）定时器

定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从30开始进行减1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。

计数器选用集成电路74LS192进行设计较简便。74LS192是4位十进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS192的外引线排列图如图4所示，其功能表如图5所示。图中，为置数端，为加计数端，

为减计数端，

为非同步进位输出端，

为清除

为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，

端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。图6则为两片74LS192连接的定时电路图。

图4、74LS192的外引线排列图

图5、74LS192的外引线排列图

定时器电路图

（3）控制器

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果TL＝ 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝ 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。

表3 控制器状态转换表

根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：

S t=

根据以上方程，选用74LS74实现每个D触发器的输入函数，用减法计数器的输出，通过逻辑电路控制双D触发器Q0和Q1在4种状态图间跳变 电路逻辑图如下：

图 6控制器逻辑图

(4）译码器

译码器的主要任务是将控制器的输出

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