交通信號燈控制器設計

1、 PAGE PAGE 3前言（或丁字路口有著廣泛的應用（R）亮表示該道路禁止通過；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通過。交通燈控制器即交通信號定時控制系統(tǒng)就是用來自動控制十字路口三組紅、黃、綠三色交通信號燈，指揮各種車輛和行人安全通信，以實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。本設計應用基本數(shù)字電路知識，采用 LED 燈作紅、綠、黃三交通燈，用數(shù)碼管作同步倒計時顯示，實現(xiàn)兩方向通行時間相等的控制并配有倒計時。目錄 HYPERLINK l _TOC_250021 第一章系統(tǒng)概要3 HYPERLINK l _TOC_250020 設計思路3 HYPERLINK l _TOC_250019 原理和總

2、體設計方案4 HYPERLINK l _TOC_250018 原理4 HYPERLINK l _TOC_250017 總體設計方案構(gòu)思4 HYPERLINK l _TOC_250016 功能的劃分及組成4 HYPERLINK l _TOC_250015 第二.總的設計方案5 HYPERLINK l _TOC_250014 設計任務及主要技術(shù)指標和要求5 HYPERLINK l _TOC_250013 工作流程：5 HYPERLINK l _TOC_250012 工作流程圖6 HYPERLINK l _TOC_250011 方案設計6 HYPERLINK l _TOC_250010 方案構(gòu)思6

3、HYPERLINK l _TOC_250009 方案的可行性論證6 HYPERLINK l _TOC_250008 第三章單元電路設計7 HYPERLINK l _TOC_250007 秒信號產(chǎn)生電路7 HYPERLINK l _TOC_250006 主控電路（交通燈信號狀態(tài)控制器設計）8 HYPERLINK l _TOC_250005 狀態(tài)指令和編碼8 HYPERLINK l _TOC_250004 求交通燈控制函數(shù)及電路9 HYPERLINK l _TOC_250003 定時譯碼顯示系統(tǒng)的設計11 HYPERLINK l _TOC_250002 定時電路11 HYPERLINK l _TO

4、C_250001 計數(shù)譯碼顯示電路12 HYPERLINK l _TOC_250000 第四章 元器件選擇及介紹13第五.電路調(diào)試設計總結(jié)17附錄 1：完整的設計電路圖附錄 2：元器件清單參考文獻交通信號燈控制器設計摘要：分析交通信號燈控制系統(tǒng)應用要求及設計原理，設計出能夠滿足實際應用要求的交為基礎來實現(xiàn)設計交通控制信號燈。關鍵詞：控制、計數(shù)、譯碼、顯示、時鐘信號。設計要求45255 秒的黃燈亮作為過渡；分別用紅、黃、綠色發(fā)光二極管表示信號燈；設計計時顯示電路。第一章.系統(tǒng)概要設計思路455系統(tǒng)要求定時顯示電路的輸入信號為秒脈沖信號路。主控電路是整個電路的核心，它的輸入信號來自45 秒，25

5、秒，5應的定時電路，使其順時顯示相應時間。原理和總體設計方案原理如圖 1確保車輛的安全,迅速通行,在交叉路口要求主車道和支車道兩條交叉道的每個入口設置了 圖 1 主支道匯成的十字路口示意圖45 25 5 秒黃燈亮作為過渡?？傮w設計方案構(gòu)思如圖 2功能的劃分及組成秒信號產(chǎn)生電路交通燈信號狀態(tài)控制器設計定時譯碼顯示系統(tǒng)的設計4 PAGE PAGE 12第二章總的設計方案設計任務及主要技術(shù)指標和要求如圖 11 .用紅,綠,黃,三色發(fā)光二極管作信號燈,主道紅,綠,黃三個信號燈,支道紅,綠黃三個信號燈。2.主干道和支道交替允許通行，主干道每次放行45秒，支道每次放行25秒。設計45秒和 25 秒計時顯示

6、器電路。35本數(shù)字電路知識，采用LED 燈作紅、綠、黃三交通燈，4.在丁字路口，每條道路各有一組紅、黃、綠燈；用來指揮車輛和行人有序通行。其中紅燈）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈）亮表示停車；綠燈）亮表示允許通行。工作流程：主道方向綠燈亮，支道方向紅燈亮；主道方向黃燈亮，支道方向紅燈亮；主道方向黃燈亮，支道方向紅燈亮；主道方向紅燈亮，支道方向黃燈亮。如此往復循環(huán)。工作流程圖紅、綠、黃紅、綠、黃紅、綠、黃紅、綠、黃主控電路譯碼驅(qū)動電路45 25 5 秒定時、顯示時基電路圖2交通信號燈控制器流程圖方案設計方案構(gòu)思用簡單的計數(shù)譯碼芯片實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2 所示。它主要由秒脈沖信號產(chǎn)生電

7、路、定時計電路、計時顯示電路、主控電路、譯碼驅(qū)動電路等組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時 器的標準時鐘信號源， 555 多諧振蕩產(chǎn)生頻率為 1Hz 的秒信號，向計時顯示電路提供信號，使計時電路按要求做減法計數(shù)。計時譯碼顯示電路用芯片74LS190 來完成。主控電路是系統(tǒng)的主要部分，也為核心部分，用最簡單的JK 觸發(fā)器來實現(xiàn)，從而來控制主，支干道的紅、綠、黃燈以及計時電路，從而達到交通控制系統(tǒng)的自動化。方案的可行性論證此方案采用的是數(shù)字電子技術(shù)中所學的基本原理與芯片，原理比較簡單，便于連線，便 此電路能較方便地實現(xiàn)對控制時間的倒計時。第三章單元電路設計秒信號產(chǎn)生電路5552/3使其產(chǎn)生需要的方波作

8、為觸發(fā)器的CPVCC5VR32k50%Key=AR147kR247k47625C281U1OUT 3LM555CNC110F10nF圖3.1秒信號產(chǎn)生電路根據(jù)占空比表達式可知：121q=(R+R)/(R+2R121得到，又由振蕩周期表達式可知：1T=(R+2R)C1若取，則代入上式可得：13RC2=11所以1R =R1選用兩只 47與一只 2電位器串聯(lián)就得到如圖 3.1 示的電路主控電路（交通燈信號狀態(tài)控制器設計）交通燈信號狀態(tài)控制器用來記憶十字路口的工作狀態(tài)對秒脈沖值減計數(shù)，達到控制每一種工作狀態(tài)（燈亮、滅）脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)完成狀態(tài)間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)指令和編碼1交通燈態(tài)序分析：45線的

9、車輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。黃燈亮時規(guī)定時間間隔5 秒時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。25根據(jù)上述的分析，可以得到十字路口交通燈順序工作如表1 和圖 S0S1、S2、S3 43.2（b）所示。顯然，這是一個四進制計數(shù)器。可采用雙JK 觸發(fā)器 74LS11274LS112（II）CPCP3.3表 3.1車道運行狀態(tài)表態(tài)序主干道支道時間/秒S0綠燈亮通車紅燈亮停45S1黃燈亮停紅燈亮停5S4紅燈亮停綠燈亮 通車25S5紅燈亮停黃燈亮停5（45 （45 分）S0（5 秒）S1（25 秒）S2（5 秒）S3圖3.2（a）交通燈順序工作過程S=000S=011S=000S=011S2=1

10、0S3=11圖3.2（b）交通燈工作狀態(tài)編碼裝換圖求交通燈控制函數(shù)及電路主支干道上的綠、黃、紅交通燈的亮、滅狀態(tài)取決于狀態(tài)控制變量，它們之間的關系見表 3.2，其中交通燈亮用“1”表示，滅用“0”表示狀態(tài)變量主干道交通燈狀態(tài)變量主干道交通燈支干道交通燈Q2Q1R(紅)Y（黃）G（綠）r（紅）Y（黃）G（綠）00001100010101001010000111100010根據(jù)真值表，可求出各交通燈的控制函數(shù)表達式為： 主干道：2 12 12R=Q Q +QQ2 12 12Y=QQY=QQ2 12 212G=Q QG= Q Q2 12 212支干道：21212r=Q Q +Q Q=Qr=Q2121

11、22 12 2 12 y=Q2 12 2 12 g=QQg=QQ選擇半導體發(fā)光二極管LED-red、LED-greenLED-yellow 來模擬交通信號燈，利用門電路輸出低電平工作在灌電流狀態(tài)時的帶負載能力較強的特點來點亮相應的發(fā)光二極管3.31k1kVDD1k1kVDD10VLED5LED3LED1LED6LED4LED2U3A 74LS00NU4B 74LS00NU5C 74LS00NU3B 74LS00NU6D 74LS00NU3C 74LS00NVCC5V56U1A56U2B114PC 14KPC 1LK11L1111VCC3 1 274LS112N3 1 274LS112N5V來接

12、低位的進位圖 3.3 交通燈狀態(tài)控制器定時譯碼顯示系統(tǒng)的設計定時電路（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供452553 鐘不同的持續(xù)定時時間74LS19023片8路雙向三態(tài)門74LS245574LS245分別提供74LS190置4525574LS245（1）45 秒定時：45 秒定時是由主干道綠燈信號G44，即0100；低44，即0100474LS190(I)的輸3.474LS190（I）4474LS190（II）的輸入使異LD0產(chǎn)生借位信號又從9074LS32 向主控電路發(fā)出信號，從而改變其狀態(tài)，此時主控電路再通過譯碼改變亮燈信號， 主控電路同時反饋信號給定時電路，至使其進入下一計數(shù)狀態(tài)。（2）25 秒定時

13、：2545g45（3）5 秒定時：從表 3.2 的交通燈信號真值表中可以看出，S1(Q2Q1=01)和 S3(Q2Q1=11)兩狀態(tài)是黃燈亮5 秒，因此用Q1 信號去控制接 5 秒置數(shù)值的 74LS245（III）的選通端。其工作原理如同45 秒定時。LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管332671111U8A 74LS00NQQQQCMU43267QQQQCIU5EADMKX74LS190NAEADMKX74LS190NAABCD11194 15VCCC15VABCD11194 15C1J1Key = SpaceVC11111111BBBBBBBB5V1111111111111111U1 74LS245

14、N12345678BBBBBBBBU2 74LS245N12345678BBBBBBBBU3 74LS245NVCCAAAAAAAA D23456789 111AAAAAAA23456789D1 1R12AAAAAA23456789D1 1R5VGg計數(shù)譯碼顯示電路圖3.4定時電路原理圖根據(jù)設計要求計時主支干道都要實現(xiàn)45255 是一個用于驅(qū)動共陽極數(shù)碼管8421BCD顯示譯碼器。（發(fā)光二極管顯示器是數(shù)字電路中比較方便使用的顯示器3.5 所示。圖3.5半導體顯示電路CAU9A B C D E F GVCC5VCAA B C D E F GU10VCC5V1234567911OOOOOOOOOU

15、6 74LS42N1234567911OOOOOOOOOU7 74LS42NA B C 1 1 1 1ABC1111U8A 74LS00N3267QQQ11CND ME A D U474LS190NVCC3267QQQ11CND ME A D U5 74LS190N11111111BBBBBBBABC1119U14 154111111111 2 3 4 5 6 7 8ABC11194 15C1111111111234567J1Key = V15kHz 10 VVCC5VVCC5VAAAAAAA23456789D 1174LS245NBBBBBBBAAAAAAA23456789RID1IU2 7

16、4LS245NBBBBBBBAAAAAAA23456789RID1IU3 74LS245N圖3.5定時譯碼顯示系統(tǒng)電路圖第四章 元器件選擇及介紹本系統(tǒng)所涉及到的電子元器件主要是集成芯片，在一定程度上是考慮到容易得到的為首13選。其中只有少數(shù)元器件選擇需要特別注意，否則無法實現(xiàn)功能。在 555 產(chǎn)生秒脈沖信號的電路中，需要先用三個電阻和兩個電容，參考5554720.01uF10uF主控制電路中的JK74LS1124.1LPR、LCLRLCLRLCLK514 161 U1A174LS112N3 1 2圖 4.1 JK 觸發(fā)器74LS2454.2關為高阻態(tài)，此時也叫禁止態(tài)；當G=0DIR=0B 為輸

17、入端A端，即BA；當DIR=1A 為輸入端B。111111111BBBBBBBBAAAAAAAA23456789D11IG圖4.274LS245的功能示意圖4.374LS190U/DLOAD 為異步置數(shù)端，其功能表如圖（b）所示。14326731AQCQNOMD U1 74LS190NABCD C510415 1圖4.3（a）74LS190的功能示意圖圖 4.3(b)74LS00 芯片的引腳圖如下 4.4 圖所示，一片芯片是由四個組合邏輯與非門組成。圖4.474LS00的引腳圖74LS32 芯片的的引腳圖如圖 4.5 所示，一片芯片是由四個組合邏輯或門組成。15圖4.574LS32的引腳圖74

18、LS42 芯片的的引腳圖及功能圖4.674LS42的引腳圖表4.174LS42真值表16四選一選擇器，圖 4.7表 4.2 四選一數(shù)據(jù)選擇器功能表第五章 電路調(diào)試與設計總結(jié)本設計的巧妙之處就在于能夠分級用Multisim 設計模擬電路來仿真調(diào)試。5551Hz174LS1123.5CPQQ次轉(zhuǎn)換正確。第三步，用 74LS00 連接好組合電路，并接入二極管，調(diào)試觀察發(fā)光二極管的燈滅符合表3.2 所示的真值關系。17 PAGE PAGE 22第四步，按圖 3.5 連接定時譯碼顯示系統(tǒng)，74LS245 的選通信號可用雙刀開關設置低電平信號調(diào)試到LED 顯示正確為止。（依次按 45 秒、25 秒、5 秒

19、件技術(shù)顯示）最后，如果各基本門電路組成的分析電路能達到預期的目的，每一個小環(huán)節(jié)都能正常工作我們就可以將已調(diào)試正確的各分電路的對應信號都連接接起來交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2 所示。它主要由秒脈沖信號產(chǎn)生電路、定時計電路、計時顯示電路、主控電路、譯碼驅(qū)動電路等組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時 器的標準時鐘信號源， 555 多諧振蕩產(chǎn)生頻率為 1Hz 的秒信號，向計時顯示電路提供信號，使計時電路按要求做減法計數(shù)。計時譯碼顯示電路用芯片74LS190 來完成。主控電路是系統(tǒng)的主要部分，也為核心部分，用最簡單的JK 觸發(fā)器來實現(xiàn)，從而來控制主，支干道的紅、綠、黃燈以及計時電路，從而達到交通控制系統(tǒng)的

20、自動化。鳴謝特別感謝老師和老師的指導，以及同學們的幫助，還有同組人員的支持與鼓勵。附錄 1：完整的設計電路圖VCCVCCVCCU9U105V5V12345679011112345679011 10123456789OOOOOOOOOOU6 74LS42N0123456789OOOOOOOOOOU7 74LS42NABCD1111ABCD1111VCC5V32673 21 132673211U8A 74LS00NABCDQQQQONCMR/4 151U474LS190NVCC5VABCDQQQQO NCMXR /U5 74LS190NN DA XE ADMN DAMT O/KE ADKABCDC

21、 LUL CT O/ABCDC LUL CJ1R3R147kU15 01119145 0141 1 1 9 4 1 5 18VCCVCC 50%Key =Space2kKey=A5VR247k476251111111187654321RST OUT DISTHR TRI CONGND11111111876543211111111112345678BBBBBBBBU1 74LS245N1LM555CN12345678BBBBBBBBU2 74LS245N12345678BBBBBBBBU3 74LS245NC2 10nF12345678AAAAAAAAR GI DC1 VCC12345678AAAAAAAAD1234567AAAAAAAA D234567891 19234567891 1923456789 1195VR11kR21kLED5LED3VDD 10VLED1