简易交通灯控制专业课程设计.doc

郑州轻工业学院

电子技术课程设计

题 目： 简易交通灯控制电路
学生姓名： 马 杰
专业班级： 电气工程14-02班
学 号：
院 （系）： 电气信息工程学院
指引教师： 黄 春
完毕时间： 12月4日

郑州轻工业学院
课程设计（论文）任务书

题目 简易交通灯控制电路
专业 电气工程14-02 学号 姓名 马 杰
重要内容、基本规定、重要参照资料等：
重要内容
1．阅读有关科技文献。
2．学习protel软件使用。
3．学会整顿和总结设计文档报告。
4．学习如何查找器件手册及有关参数。

技术规定
1. 规定控制一种十字路口交通灯。
2. 设定南北，东西向交通灯显示时间同样。
3. 设定红灯绿灯均显示30秒，红灯绿灯切换时黄灯显示2秒。
4. 规定红黄绿灯用发光二极管表达，并且显示出时间。

重要参照资料
1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，6月
2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，10月
3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
4．李银华，电子线路设计指引，北京航空航天大学出版社，6月
5．康华光，电子技术基本，高教出版社，

完 成 期 限： 12月04日
指引教师签章：
专业负责人签章：
11月28日郑州轻工业学院

简易交通灯控制电路

摘 要

本论文重要阐述了交通信号灯浮现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中华人民共和国加入WTO，咱们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制重要构成部份交通信号灯也应国际化。随着社会经济发展，都市交通问题越来越引起人们关注。人、车、路三者关系协调，已成为交通管理部门需要解决重要问题之一。因此，如何采用适当控制办法，最大限度运用好耗费巨资修建都市高速道路，缓和主干道与匝道、城区同周边地区交通拥堵状况，越来越成为交通运送管理和都市规划部门亟待解决重要问题。如下就交通灯控制系统电路原理、设计和实验调试等问题来进行详细分析讨论。

核心词 交通灯 计数器 秒脉冲 译码器 自动控制

目 录

中 文 摘 要 Ⅰ
一、 对交通信号灯控制 1
1．1题目规定 1
二、 交通灯构成 1
2．1交通灯控制系统原理框图 1
2．2交通灯运营状态 2
三、 单元电路设计 4
3．1秒脉冲发生器 4
3．2定期器 5
3．3控制器 7
3．4译码器 9
3．5交通信号灯 10
3．6整个交通灯控制系统布局 10
四、 PCB制作 10
4．1原理图绘制 10
4．2 PCB排线 10
五、 仿真过程与效果分析 10
5．1电路试调 10
5．2调试中注意事项 10
5．3通电后测试 11
5．4操作阐明 11
元器件清单 13
总 结 14
参照文献 15
附 录 一 16
附 录 二 17
附 录 三 18

一、 对交通信号灯控制
1．1题目规定
1. 信号灯收一种启动开关控制，当启动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
2. 南北红灯亮维持30s，在南北红灯亮同步东西绿灯也亮并维持30s。在东西绿灯熄时，东西黄灯亮，并维持2s，到2s时，东西黄灯灭，东西红灯亮，同步南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
3. 东西红灯亮维持30s，南北绿灯维持30s，然后南北黄灯亮，维持2s后熄灭。这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
4. 周而复始。
二、 交通灯构成
2．1交通灯控制系统原理框图
如图2-1所示。它重要由控制器、定期器、译码器和秒脉冲信号发生器等某些构成。秒脉冲发生器是该系统中定期器和控制器原则时钟信号源，译码器输出两组信号灯控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统重要某些，由它控制定期器和译码器工作。图中：
TL：表达甲车道或乙车道绿灯亮时间间隔为30秒，即车辆正常通行时间间隔。定期时间到，TL=1，否则，TL=0。
TY：表达黄灯亮时间间隔为2秒。定期时间到，TY=1，否则，TY=0。
ST：表达定期器到了规定期间后，由控制器发出状态转换信号。 由它控制定期器开始下个工作状态定期。

图2-1 交通灯控制系统原理框图

2．2交通灯运营状态
两方向车道交通灯运营状态共有4种(因人行道交通灯和车道交通灯是同步,因此不考虑)，如图2-2所示

图2-2两方向车道交通灯运营状态
普通十字路口交通灯控制系统工作过程；
（1）如图2-2状态0所示，甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表达甲车道上车辆容许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定期间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
（2）如图2-2状态1所示，甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表达甲车道上未过停车线车辆停止通行，已过停车线车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定期间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（3）如图2-2状态2所示，甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表达甲车道禁止通行，乙车道上车辆容许通行绿灯亮足规定期间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）如图2-2状态3所示，甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表达甲车道禁止通行，乙车道上未过停车线车辆停止通行，已过停车线车辆继续通行。黄灯亮足规定期间间隔TY时，控制器发出状态转换信号TS，系统又转换到工作状态1。
交通灯以上4种工作状态转换由控制器进行控制。设控制器四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表达，则控制器工作状态及功能如下表2-3所示。

控制器状态
信号灯状态
车道运营状态
S0（00）
S1（01）
S2（11）
S3（10）
甲绿，乙红
甲黄，乙红
甲红，乙绿
甲红，乙黄
甲车道通行，乙车道禁止通行
甲车道缓行，乙车道禁止通行
甲车道禁止通行，乙车道通行
甲车禁止道通行，乙车道缓行
表2-3 控制器工作状态及其功能

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯控制信号。为简便起见，把灯代号和灯驱动信号合二为一，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；
AR=1：甲车道红灯亮；
BR=1：乙车道红灯亮；
由此得到交通灯ASM图，如图2-4所示。设控制器初始状态为S0（用状态框表达S0），当S0持续时间不大于30秒时，TL=0（用判断框表达TL），控制器保持S0不变。只有当S0持续时间等于30秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表达ST），并转换到下一种工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达含义。

图2-4 交通灯控制器ASM

三、 单元电路设计
3．1秒脉冲发生器
脉冲信号发生器用是555定期器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C

电路图如图3-1所示：

图3-1 秒脉冲产生器
3．2定期器
定期器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步计数器构成，规定计数器在状态信号ST作用下，一方面清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模2定期信号TY和模30定期信号TL。
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具备同步清零、同步置数功能。74LS163外引线排列图和时序波形图如图3-2和图3-3所示，其功能表如表3-1所示。图中， 是低电平有效同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTt是计 图2-4 交通灯ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联构成定期器电路如图3-4所示。

图3-2 74LS163外引线排列图

图3-3 74LS163时序波形图

表3-1 74LS163功能表

图3-4 定期器电路图

定期器仿真电路如图3-5

图3-5 定期器仿真电路
3．3控制器
控制器是交通管理核心，它应当可以按照交通管理规则控制信号灯工作状态转换。从ASM图可以列出控制器状态转换表，如表3、2所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换条件为TL和TY，当控制器处在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。这两种状况与条件TY无关，因此用无关项"X"表达。别的状况依次类推，同步表中还列出了状态转换信号ST。

表3-2 控制器状态转换表

依照表3-2可以推出状态方程和转换信号方程，其办法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1项所相应输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表达，"0"用反变量表达，然后将各与项相或，即可得到下面方程：

依照以上方程，选用数据选取器 74LS153来实现每个D触发器输入函数，将触发器现态值（Q1n、Q0n）加到74LS153数据选取输入端作为控制信号．即可实现控制器功能。控制器逻辑图如图3-6所示。图中R、C构成上电复位电路 。

图 3-5控制器逻辑图

图3-6 控制器某些仿真电路

3．4译码器
译码器重要任务是将控制器输出 Q1、Q04种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯工作状态。控制器状态编码与信号灯控制信号之间关系如表 3-3所示。

表3-3控制器状态编码与信号灯关系表
状态
AG AY AR
BG BY BR
00
1    0      0
0     0     1
01
0     1     0
0      0      1
10
0     0     1
1      0      0
11
0    0     1
0      1      0

由秒脉冲发生器产生了周期性变化CP脉冲，一某些送给了定期器74LS163芯片，另一某些送给了控制器74LS74芯片。在脉冲ST同步加到定期器74LS163芯片状况下，通过芯片74LS00将会输出TY、T/Y/；TL、T/L/、即TY和T/Y/放大成果是秒脉冲2倍；TL和T/L/放大成果是秒脉冲30倍。前者输出信号是后者1/15。将定期器输出TY、T/Y/；TL、T/L/分别作用于控制器芯片74LS153中，在CP脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化电平。控制器中信号在送给由芯片74LS00构成译码器后再通过电路中批示灯和100欧电阻从而得到交通灯逻辑电路，这种电路成果最后通过LED小灯正常闪烁来实现。

图3-7 译码器某些逻辑图
3．5交通信号灯
十二个发光二极管(注意二极管极性)
3．6整个交通灯控制系统布局
见附录三
四、 PCB制作
4．1原理图绘制
用Altium Designer完毕原理图绘制。
4．2 PCB布线
见附录一

五、 仿真过程与效果分析
5．1电路试调
电路连接完后，要进行调试，以检测与否达到规定。实践表白，一种电子装置，虽然按照设计电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是由于人们在设计时，不也许周全地考虑各种复杂客观问题，必要通过安装后测试和调节，来发现和纠正设计方案局限性。然后采用办法加以改进，使装置达到预定技术指标。因而调节电子电路技能对从事电子技术及关于领域工作人员来说，是不应缺少。调试惯用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。
5．2调试中注意事项
为了保证效果，必要减小测量误差，提高测量精度。为此，需注意如下几点：
（1） 对的使用测量仪器接地端
（2） 测量电压所用仪器输入端阻抗必要远不不大于被测处等效阻抗。由于，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量成果带来很大误差。
（3） 仪器带宽必要不不大于被测电路带宽。要对的选取测量点。
（4） 用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起误差大小将不同。
（5） 调试过程中，不但要认真观测和测量，还要于记录。记录内容涉及实验条件，观测现象，测量数据，波形和相位关系等。只有有了大量可靠实验记录并与理论成果加以比较，才干发现电路设计上问题，完善设计方案。
（6） 调试时浮现故障，要认真查找故障因素，切不可一遇故障解决不了问题就拆掉线路重新安装。由于重新安装线路仍也许存在各种问题。咱们应当认真检查.调试成果与否对的，很大限度受测量对的与否和测量精度影响。对于本交通灯来说，只要不浮现异常现象，普通不需要调试，直接进行测量。测试电路中线路与否接通同上用万用表欧姆档，测试每一组连通线，将两表笔接到被测一组线起始线和末端线两端，看电阻与否为零，如果是零，则证明是通；如果是无穷大，则证明中间有线是短开，则要一根一根检查该组没一根线，直到查出为止。
5．3通电后测试
（1）测试电源
用万用表直流电压档，测试输入电源电压，看与否达到额定电压（本产品为+5V），如果不是，则换电源。
（2）测试芯片电源输入端
同上用万用表直流电压档，测试芯片接地端与接电源端点呀，看与否达到芯片额定电压（本产品所用芯片都是+5V），如果不是，则检查其线路与否接错。
5．4操作阐明
打开总开关，便可以进行交通灯控制系统仿真，电路默认把通车时间设为30秒，打开总开关，东西方向车道绿灯亮；南北方向车道红灯亮，示波器，显示时间为30秒，然后东西方向车道绿灯转换为黄灯，别的灯都不变。再过2秒后，电路又转换成预置30秒，东西方向车道黄灯转换为红灯，南北方向车道红灯。

南北
东西
时间
（S）
绿灯
黄灯
红灯
绿灯
黄灯
红灯
1
0
0
0
0
0
25
0
1
0
0
0
1
4
0
0
1
1
0
0

0
0
1
0
1
0

图6-1交通灯校验时间图

元器件清单

元件名称
规格及作用
数量
NE555
产生脉冲
1
74LS163
四位二进制同步计数器
2
74LS00
二输入与非门
2
74LS10
三输入与非门
1
74LS08
二输入与门
1
74LS48
译码器
2
74LS153
数据选取器
2
74LS74
D触发器
1
七段数码显示屏
共阴极
2
发光二极管
普通
12
电容
10nF
2
电容
1uF
1
电阻
56k
2
电阻
100欧
14
电阻
10k
1

总 结

通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题能力。电路原理和连接，和芯片上选取,也略懂。巩固数字逻辑电路理论知识， 方案总共只用了十个芯片，对163计数器和153数据选取器更加理解，懂得它功能与其他芯片替代等.使DJ触发器从课本上理论知识联系到实际,让我更加理解它功能.尚有如何运用555芯片产生秒脉冲.计数器工作原理。 更重要是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。同步也加强了PCB板制作，使之更加较好运用Altium Designer协作重要性。我沉得做课程设计同步也是对课本知识巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。并且还可以记住诸多东西。例如某些芯片功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，重要是由于没有动手实践过吧！结识来源于实践，实践是结识动力和最后目，实践是检查真理唯一原则。故一种小小课程设计，对咱们作用是如此之大。

参照文献

[1] 何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，6月
[2] 姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，10月
[3] 王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月
[4] 李银华，电子线路设计指引，北京航空航天大学出版社，6月
[5] 康华光，电子技术基本，高教出版社，
[6] 郭继忠，黄继昌，控制专用集成电路机器应用，人民邮电出版社，
[7] 张洪润，吕泉，电子线路及应用，清华大学出版社，
[8] 张洪润主编，电子线路与电子技术，清华大学出版社，

附录一：PCB图

附录二：实物图