交通信号灯控制数字电路的设计与制作综述

学校代码：11517

学号：200910711209

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING

文献综述

题目交通信号灯控制数字电路的

设计与制作

学生姓名陈丽丽

专业班级电子科学与技术0942

学号200910711209

系（部）电气信息工程学院

指导教师(职称)吕宽州（副教授）

完成时间 2013年 3月10 日

交通信号灯控制数字电路的设计与制作文献综述

摘要：本文从数字电子技术的时序逻辑电路，门电路以及在课程设计中需要注意的各种逻辑关系进行简要的了解，然后对交通信号灯的总硬件结构中的各个部分的设计及问题进行分析，最终对仿真及制作方面进行了阐述。

关键词：信号发生器/计数器/控制部分/proteus仿真/PCB制板

随着社会的飞速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。交叉口是城市路网中必然存在的部分,传统的交通灯信号控制在未来城市智能交通控制中的地位仍然不可替代。城市多路口交通灯信号控制系统仿真软件开发,对优化城市交通灯控制信号研究具有重要的推动作用。

文献[1]本文主要讲述了利用集成二、十进制计数器采用反馈置数法设计任意进制计数器,已有设计方法的特点是采用一次置数。提出了采用多次置数法设计任意进制计数器的新概念, 通过状态转换图分析论述了设计依据, 以设计实例说明了采用多次置数设计任意进制计数器的方法。

通过对此的了解，有助于在本次毕业设计中，对要求的红绿黄灯亮的时间进行预置数，从而实现其通行时间及各灯亮灭的转换。例如在本次设计中，要求主支干道的通行时间为25S，黄灯亮5S，绿灯亮20S，而对于这些数需要设计二十五进制的计数器，这就需要用到预置数功能。

文献[2]555定时器是一种多用突途的数字模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器等.通过定时器构成的多谐振荡器,调节电阻阻值改变输出方波的占空比确定负载工作时间通过三极管的导通与截止来控制继电器的吸合断开,从而触发可控硅工作或截止实现弱电对强电工作负载的控制。一个555 定时器可构成多谐振荡器产生秒脉冲信号。如果

对产生秒信号的精度要求不高时，可采用555定时器产生信号。又是为了简化电路，多数会用此脉冲信号发生器来产生脉冲信号。

通过对本文献的学习，可以在交通灯设计的秒脉冲信号发生器模块有很大的作用。而要产生1S脉冲，可通过计算得到秒脉冲。

文献[3]主要讲述了由晶振电路产生的秒脉冲发生器。石英晶体振荡器是石英晶体，微调电容，反相器构成。一般来说，晶振频率越高，计时精确度就越高石英晶体振荡器具有频率精确、振荡稳定、温度系数小等特点，可以满足一般时钟走时的准确性的要求，所以通常选用石英晶体构成振荡电路。一般来说晶振频率越高，产生的秒脉冲越稳定，所以在设计中采用32768Hz的晶体振荡器，经过分频器分频，最终产生1HZ的时钟信号。

本次交通灯的设计需要有1秒脉冲产生的信号发生器，要设计秒脉冲信号发生器，首先应选择一个能产生稳定的标准时间脉冲信号，而脉冲源产生的脉冲信号的频率较高，因此需要进行分频使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号即秒脉冲信号频率为1HZ。总之晶振电路是我们需要精密的时钟电路时的一个很好的选择。

文献[4]阐述了可逆计数器的基本功能和数字式相位差计的基本原理, 指出了数字式相位差计产生误差的原因, 说明了利用可逆计数器自动修正数字式相位差计固有误差的原理, 对相同信号通过不同通道而产生的附加误差的消除和修正具有一定的参考意义。重点讲述了可逆计数器。可逆计数器是既能进行加法计数, 又能进行减法计数的计数器, 它在结构上又可分为单时钟结构和双时钟结构, 单时钟结构可逆计数器实质上是将加法计数器和减法计数器的控制电路合并, 用一根加 减控制线来选择是加法计数还是减法计数, 电路只有一个时钟信号输入端。双时钟结构可逆计数器则是分别由加法计数脉冲和减法计数脉冲来控制可逆计数器, 是进行加法计数还是减法计数, 电路需要2个不同的脉冲信号源。利用集成可逆计数器74LS191来设计可逆计数器。

通过对此的了解，可以在交通信号灯控制数字电路的设计中设置可逆计数器。由于在人们的习惯性思维中，交通灯的数码管显示部分应该是倒计时的，所以在计数部分要采用减计数。

文献[5]主要介绍了用74LS161芯片实现交通灯定时器模块的设计。要以十

进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计，并把它的时钟cp接秒脉冲，CR接高位，以便实现计数和保持功能。74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74LS161输出的信号必须经过部分处理后，然后接入数码管的驱动74LS48，而在显示是最好以人们习惯的数字0---9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，以0000，0001，00010-1111这些状态中靠后的状态为有效状态。要把74LS161改装成其他模值时既可以采用同步清零法，也可采用异步置数法，但0000不可能为有效状态，所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。

通过对此文献的学习，可以利用74LS161十六进制的特性，经过异步置数法置数，从而设置1到9内的倒计数。当然可以用两片74LS161来实现99以内的倒计时。

文献[6]本文详细地介绍了利用译码器和计数器这两种不同的逻辑器件来产生多路顺序控制信号的原理电路及其工作过程。本文即是以32路控制信号产生器的设计为例来分析说明该电路的原理以及体现组合电路与时序电路的结合在本电路的设计过程中，很好地体现了组合逻辑电路设计与时序逻辑电路设计二者之间的有机结合。

通过对本文的学习，实现本次毕业设计的控制部分。主干道与支干道之间灯的明灭转换可以通过系统有4 种不同的工作状态( S0 ～S3) , 选用四位二进制递增计数器74LS161作状态控制电路,取低两位输出QB、QA 作状态控制电路的输出。状态编码S0、S1、S2、S3 分别为00 、01 、10 、11 。由这四种状态进行不断的循环，进而可以控制红黄绿灯显示电路。而灯的状态转换电路也可由其状态转换真值表，来列出状态转换方程，进而用选用数据选择芯片74LS153来实现每个D触发器的输入函数，最终能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。

文献[7]作为课程设计的指导书籍，简要介绍了电子电路的基础知识，常用集成电路和电子仪器的性能与使用方法。书中有多个题目，而每个选题都详细讨论了方案选定方法、电路工作原理、元器件的计算和选取以及电路的安装、调试过程，通过这些题目可以对本课题的设计与制作的步骤、方法以及可能碰到的问

题等方面有一个很好的学习。

本书中有关于数字电路的设计以及仿真，通过对此了解，有一个初步的电路硬件结构模型以及设计思想。红灯亮，表示道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已经过停车线的的车辆继续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。而一个简单的交通灯设计包括一下四个基本模块，即：信号发生模块、定时模块、控制模块、译码模块、显示模块。

文献[8]作为数字电路的基础课程，主要介绍了数字电子技术的基础知识，是课程设计最主要的理论基础。

通过这本书，学习了解了门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、计数器等。对于本次课程设计的各个模块的设计都有很重要的指导作用，更重要的是可以有一个整体设计的思想，以及对电子设计理论知识的深入了解。例如对通过真值表，可以列出逻辑方程，进而选择芯片对其方程进行描述，最终可以实现控制部分的设计。

文献[9]通过本书学习了七段显示译码器7448功能，7448可以直接驱动共阴极的半导体数码管。当灯测试输入LT非为0时，Ya到Yg全部置1，数码管全部点亮。动态RBI非低电平有效，且输入代码时，输出a～g均为低电平，即与0000码相应的字形0不显示，故称“灭零”。灭灯输入／动态灭零输出BI’/RBO’是特殊控制端，既可作输入，又可作输出。当BI’/RBO’作输入使用，且BI’/RBO’= 0时，无论其他输入端是什么电平，所有输出a～g均为0，字形熄灭。BI’/RBO’作为输出使用时,称为灭零输出。而在正常情况下，LT’与BI’/RBO’以及RBI’都接高电平。

文献[10]本文主要讲了基于EWB的篮球竞赛30S计时器的设计提出了电路的设计原则与要求,在对各单元电路进行了设计分析的基础上,对设计制作的计时器电路进行了仿真与原理阐述。EWB虚拟电子工作台作为一种电路分析和设计的仿真软件,可以逼真地模拟多种电子元器件和仪器仪表,从而不需要任何真实的元器件与仪器,就可以对多种电子实验电路进行电路分析与仿真设计,因而可作为综合性、设计性实验仿真与验证的一种有效手段。

通过对本文献的了解，可以学习使用EWB来实现对电路的设计与仿真。而

本次的毕业设计有仿真的要求，并且在实际的电路设计与实现中，电路设计仿真的成功是实现产品制作成功的首要前提。

文献[11]主要讲述了运用proteus对交通信号灯电路的设计与仿真。电路功能实验调试是电子电路设计的重要环节之一，为了探索简化电路设计进程实现缩短电路设计周期采用proteus 仿真软件进行电路的设计，功能测试调试的方法替代传统的电子设计实验调试给出了利用proteus 辅助设计实现十字路口交通灯信号控制器的方法和步骤。仿真结果表明，proteus在电子工程设计领域具有方便快捷降低设计成本减少劳动强度提高工作效率低碳环保等特点。其使用步骤为：在proteus编辑界面绘制电路原理图通过仿真计算修正错误直到符合设计指标要求确定设计方案输出设计图自动生成PCB图、修订。

通过并且本文献中用一个交通灯电路的设计与实现的例子，详细的讲解完成一个数字电路设计与仿真的基本步骤，对本次的毕业设计有很大的作用。

文献[12]主要讲述了在数字电子组合逻辑电路中存在竞争与冒险现象的现象，并且找出如何消除竞争与冒险的方法。介绍采用Multisim仿真软件，对数字电子组合逻辑电路中如何产生的竞争与冒险现象，以及如何能消除竞争与冒险方法进行仿真分析。在进行数字电子组合逻辑电路的分析和设计时，要意识到大多数数字电子组合逻辑电路都存在着竞争这一客观事实。所以在设计组合逻辑电路时不要一味追求逻辑函数、逻辑电路最简化，要结合实际，设计出最优组合逻辑电路。

文献[13]Protel是Altium公司推出的电路辅助设计系统,是第一个将所有的设计工具集成于一身的板级设计系统。在原理图已完成的基础上利用Protel进行PCB设计一般应遵循:确定外形、布局、布线、规则检查等几个步骤。分析了布局、布线的基本原则,探讨了在整个PCB设计过程中的一些经验和技巧。

本次的基于数字电路的交通灯设计中，需要使用纯硬件电路来实现对交通信号灯的控制，所以所需的电子器件会很多，而且各器件间的连线也会非常的复杂。如果采用传统的在板子上用导线焊接，则会非常的麻烦，并且容易出错，电路实现起来就会很困难。所以采用PCB板的设计将会对本次毕业设计有很大的实现性。通过此文献，可以清晰的了解PCB板的设计流程，以及一些技巧。

文献[14]主要讲述了一些重要的电子工艺，包括电路焊接的工艺以及电子产

品的调试与检修的一些方法。

通过对本书的了解，可以在本次的交通等设计与制作的制作环节发挥重要的作用。由于交通灯的电子电路设计的比较复杂，所以在焊接过程中可能会有疏忽或者错误，这时调试电子产品就变得很有必要了，毕竟这也关乎一个产品是否设计成功的一个很重要的依据。

文献[15]提出了在PCB板电路设计中的工艺设计和抗干扰的有效方法,如何正确设计印制电路板组件布局和选择布线方向的改进,以便满足PCB板抑制干扰和噪声的设计要求。在电路设计的过程中,由于电子元器件的分布密度大,连接元器件之间的布线间隔愈来愈小,加上模块电路大大缩小了电子产品的体积。虽然电路会变得很灵巧,但势必会有更多的元件集中在一个小空间内,必然会导致电路间的互相干扰。合理的工艺结构,既可消除因布线不当而产生的电磁干扰及噪声,同时也便于生产中的安装和调试。

通过对此的学习，可以利用其讲述的方法，去尽可能的避免电子器件的干扰情况，进而提高交通灯制作的成功率。

通过对这15篇文献的阅读后，学到了很多知识。并且将以前学习的数字电子技术的基础知识与电子课程设计方面的知识有机的结合起来，学会了融会贯通的使用。更重要的是，在对于交通信号灯控制数字电路的设计与制作的这整个毕业设计上有了一个整体的思想，以及明白了应该先做什么，从哪方面入手和怎么样能够实现一个完整的设计并且将其动手制作出来。本次的交通等设计应该包括五部分，即：秒脉冲发生器，定时器，控制器，译码器，以及显示部分。

对于秒脉冲信号发生器部分，选择采用器555信号发生。由于晶振电路产生的脉冲信号过大，需要进行分频才能的到秒脉冲信号，而数字电路的设计比较复杂，若再加一个芯片的话对于整个电路的设计会更容易出错，所以采用555信号发生器。定时器部分，由于人们习惯上看交通信号灯的显示时间为倒计时，所以选择我准备用74LS161来实现定时器部分。74LS161是采用加法计数的，而要得到倒计时，我们需要选择它的后十位，然后输出信号取反后就能够得到从9到0的倒计时。而对与时间的定时则需要利用它的置数信号端对其预置数。控制器部分将会使用74161产生的信号输出的低两位作为控制电路的状态转换。即Q1Q0为00 01 10 11将分别控制不同的状态，它们循环进行，进而控制红绿灯的亮灭。

信号灯显示部分可通过控制部分输出的信号，通过真值表的逻辑关系，可列出逻辑方程，进而通过一些门电路来实现对信号灯显示部分的设计。输出为1则表示灯亮，为零表示灯灭。译码器部分用两片74LS48作为驱动，然后分别接两片数码管即可。设计部分基本上就采取上述的方案。而对于PCB板的设计将用ALTUM DESIGNER这个软件进行制版。

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