交通灯的多种实现方案讲解
09 简易交通灯(三个方案)
扩展
1.查阅资料了解关于交通灯的更多知识； 2.设计更多交通灯方案并尝试搭建。
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谁应该让？
简易交通灯
目录
CONTENTS
1 认识发光二极管 2 简易交通灯方案 3 组装简易交通灯
01
认识发光二极管
LED灯（发光二级管）
——它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。
LED灯节能、环保、显色性与响 应速度好；抗冲击和抗震性能好，可 靠性高，寿命长。
LED灯的接法
➢ LED灯分正负极，长针为正极，短针为负极； ➢ 接入二针线时，长针插入白线，短针插入蓝线； ➢ 避免长、短针脚相触短接。
模拟交通灯
Hale Waihona Puke 交通灯通常指由红、黄、 绿三种颜色灯组成用来指挥交通 的信号灯。绿灯亮时，准许车辆 通行，黄灯亮时，已越过停止线 的车辆可以继续通行；红灯亮时， 禁止车辆通行。
02
简易交通灯方案
如何设计简易的交通灯
1.方案可以有多种，可以个人或者合作完成。 2.交通灯不一定需要三种颜色；
请先设计好方案再动手搭建； 注意LED灯极性和插接法。
方案三参考模型
特点：A、B两 个路口的车辆汇入 同一道路，A、B两 个路口机动车分流。
三、搭建过程
插入搭建视频
编程
方案二和方案三两组红绿 灯明灭的规律一致，因此可以 使用相同的程序。当车道（A 路口）绿灯亮时，人行道（B 路口）红灯亮；当人行道（B 路口）绿灯亮时，车道（A路 口）红灯亮。
简易交通灯方案一：单行道
本方案需红、绿黄灯各一个， 绿、黄、红灯交替明灭
参考模型
三、搭建过程
插入搭建视频
编程
绿灯亮4秒； 黄灯亮2秒； 红灯亮4秒； 循环
交通灯设计方案
3、交通灯控制模块
交通灯控制模块
主路红绿灯控制模块 支路红绿灯控制模块
LED显示 数码管显示
主要用状态机编写，主要是绿—>黄—>红—>绿……之间的状态转换， 并且通过倒计时将时间和信号指示分别通过数码管和LED灯显示出来
4、LED设计
1Hz时钟 模块
主路/支路红 绿灯控制模
块
绿灯指示 LED1/LED3 黄灯灯指示 LED1+LED2/LED3+LED4闪烁
一、功能分析
1、功能要求
作为一个十字路口交通信号灯控制系统，每条道路都需要有一组红、绿、 黄灯和倒计时计数器，用于指挥车辆的有序通行。为便于区分，将十字路口 交通信号灯分为主路a和支路b，应具有以下功能：
(1) 主路a和支路b各设置两组(双向)红灯、绿灯、黄灯，以指示通行状态： 同时还设置数字式的时间显示，以倒计时方式显示每一路允许通行或禁止通 行的剩余时间。
5、数码管设计
主路/支路红 绿灯控制模
块
倒计时显示
8段数码
1KHz扫描 模块
动态扫描
输出四个数码管，每条线路两个数码管显示。亮红灯时数码管显示29到0，亮黄灯时，数码管显示04 到00；亮绿灯时，数码管显示24到00。数码管上的数字每过1秒变一次（count位1s的计时器）。
三、注意事项
1、数码管计数范围和不同LED灯点亮要一一对应，变化时不能有时差； 2、两组数码管不宜分开写，因为数码管行扫描输出接口只有一组，分开写接口 不好设置； 3、数码管计数时，时间要控制好，每秒计数减一。
(2) 具有复位功能，当出现故障时，可复位回到初始设置状态。 (3) 当主路a或支路b出现紧急情况时，按紧急情况键可进入紧急情况状态， 各方向(两路)均亮红灯。当特殊情况结束时，控制其恢复到电路的原来状态继 续运行。
交通灯解决方案
交通灯解决方案
《交通灯解决方案》
随着城市人口的不断增加，交通拥堵成为了一个普遍存在的问题。
而交通信号灯作为交通管理的重要设施，扮演着至关重要的角色。
为了解决城市交通拥堵问题，需要采取一些创新的解决方案来优化交通信号灯的设计和管理。
首先，可以利用现代科技来优化交通信号灯系统。
通过使用人工智能和大数据分析等先进的技术，交通信号灯可以实现智能化的控制和调度，根据实时交通流量和道路情况进行动态调整，从而提高道路通行效率。
这样的技术可以大大减少交通拥堵，缓解交通压力。
其次，可以尝试采用多元化的交通信号灯形式。
传统的交通信号灯只有红、黄、绿三种颜色，但可以尝试引入更多的颜色和交通状态表示，比如蓝色表示临时交通管制状态，紫色表示公交优先通行等，通过不同颜色和状态的组合，可以更有效地指导交通流动。
此外，还可以加强交通信号灯与其他交通设施的协调。
比如与交通监控相结合，通过实时监测路面情况来进行信号灯的智能控制；与公交车辆的GPS系统对接，为公交车提供优先通行
的信号控制等。
这样的协调能够更好地保障交通流畅和道路安全。
综上所述，《交通灯解决方案》需综合运用科技、设计和管理
等多方面手段，才能更好地解决交通拥堵问题。
只有不断地改进和创新，才能为城市交通带来更好的解决方案。
十字路口交通灯的设计与实现讲解
目录摘要 (I)Abstract (II)一课题要求分析 (1)1.1 任务说明 (1)1.2 初步思路 (1)1.3方案分析 (2)二电路设计 (4)2.1 秒脉冲电路 (4)2.2 状态循环模块 (5)2.3 计时器模块 (7)2.4 置数模块 (8)2.5 译码显示模块 (10)2.6 总电路图 (12)2.7 相关芯片介绍 (13)三电路仿真结果 (15)3.1 秒脉冲电路仿真 (16)3.2总电路仿真 (17)四结论与心得 (20)五参考文献 (21)摘要交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力减少交通事故。
本次课程设计就是以城市交通灯控制系统为背景，主要通过运用学过的数字电路设计的知识完成基础的交通灯基本功能，包括时间的定时和交通灯各种状态之间的转换，并且要实现通行和禁行的时间的设置。
本次设计采用数字电路仿真软件Multisim 对所设计的电路进行仿真和测试，并通过观察仿真结果看设计是否符合要求。
交通灯通过状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化，大大保证了城市交通的安全。
关键词：城市化交通灯状态转换数字电路仿真交通安全AbstractTraffic lights are often used for intersection, used to control the car flow, improve the intersection vehicle capacity, reduce traffic accidents. This course is designed to city traffic light control system as the background, the basic traffic lights function mainly through the use of learned knowledge based digital circuit design, including the conversion between the timing and traffic lights all time, and to realize the access and no time setting. This design using the digital circuit simulation software Multisim is used to simulate and test the circuit design, and by observing the simulation results to see whether the design meets the requirements. The traffic light through state transition, command vehicle pedestrian passage, ensure the vehicle pedestrian safety, realize the automation of crossroads traffic management, can ensure the city traffic safety.Keywords: urbanization Traffic lights State transition Digital circuit simulation Traffic safety十字路口交通灯的设计与实现一 课题要求分析1.1 任务说明（1）要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行（以红绿灯指示）；变更车道以前，黄灯先亮5秒钟，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次；两个车道均以减计数方式显示时间，用2位数码管显示。
交通红绿灯的采用哪种原理
交通红绿灯的采用哪种原理红绿灯的原理主要有以下几个方面：1.信号控制原理：红绿灯采用信号控制原理，通过信号灯的颜色来指示交通参与者的行为。
红灯代表停止，绿灯代表通行，黄灯代表警告。
这种控制方式是基于人们对颜色的直观感知和理解，方便交通参与者识别并采取相应的行动。
2.实时交通流量监测原理：红绿灯的控制需要根据实时的交通流量情况进行调整，以达到最优的交通效果。
因此，交通灯系统通常会采用交通激光雷达、视频监控、地磁、红外线等传感器设备来实时监测交通流量。
根据监测数据，交通灯系统可以自动调整信号时长，从而使交通流量在道路上得到最佳的分配。
3.交叉口冲突原理：红绿灯的目的是控制不同方向的车辆在交叉口内有序地通行，避免发生车辆冲突和事故。
为了实现这一目的，红绿灯会根据不同方向的车流量和行驶速度进行控制，确保交叉口的车辆交叉冲突最小化。
这需要综合考虑与优化各个方向的信号时长和相位差（即绿灯亮起的时间差），以达到最佳的交通控制效果。
4.阶段、配时原理：红绿灯控制一般采用阶段配时的原理，将交通流分为不同的阶段进行控制。
一个完整的交通流控制周期可以包括红灯、黄灯和绿灯三个阶段。
黄灯用于过渡当前阶段到下一个阶段，红绿灯的切换通常通过计时器或是传感器触发。
阶段配时考虑交通流量、交叉口结构、行人需求等多个因素，通过合理的控制不同阶段的持续时间，达到平衡各个方向的交通需求，提高交通效率。
5.人行横道信号原理：除了针对车辆流量的控制外，红绿灯还会通过不同的信号方式来控制行人过街。
行人红绿灯一般采用人行横道信号灯，通过行人按钮触发信号变化，指示行人何时可以过街。
与车辆信号相比，行人信号灯往往采用较长的绿灯时间，以便行人安全过街。
总体而言，交通红绿灯的采用是基于信号控制、实时交通流量监测、交叉口冲突、阶段配时和行人横道等原理的综合应用。
通过科学合理的控制和调整，红绿灯可以提高交通流量分配的效率，减少交通事故，维护交通秩序和安全。
交通灯控制系统设计案例(DOC)
交通灯控制系统设计第1部分方案选择及总体设计1. 1方案选择能实现此电路的方法很多，我们根据实际将范围定在以下几个比较切合我们的方案中。
第一种方案：采用数字电子技术实现。
用基本的555芯片（利用单稳态实现定时），计数芯片（如74LS163, 74LS160等）完成计时功能，控制电路芯片，译码芯片（如74LS138）等基本芯片，结合电阻，电容等基本元件，通过逻辑电路实现交通灯的功能。
第二种方案：使用单片可编程来实现交通灯的功能。
利用单片机的外围扩展，显示电路构成基本硬件。
然后编程实现对定时，控制，显示电路的控制，然后调试，完成设计。
结合实际情况，根据毕业设计任务书的要求，我们经过讨论和论证，最终一致选用第二种方案的设计思路对交通灯控制系统进行设计。
1. 2总体设计1. 2. 1系统构成整个系统的构成以80C51单片机为核心，由I/O 口扩展，LED数码管显示，紧急情况中断电路还有复位电路等组成。
单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。
它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
行车方向指示采用LED发光二极管，可有红、绿两种颜色指示放行与禁止，黄灯作为红绿转换的提示，形象直观。
行人通行指示也同样采用LED发光二极管，用红、绿两种颜色指示放行与禁止，黄灯作为红绿转换的提示，形象直观，简洁明了，更方便控制。
按键控制台，可供警察在室内实时监视交通状况。
通过按键可设置紧急情况发生时的交通灯状态控制人机界面非常友好。
系统采用双数码管倒计时计数功能，最大显示数字99。
友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构以及丰富的功能是本设计的亮点。
整个硬件电路组成模块如图1;1. 2. 1功能概述本设计由中断系统、单片机、LED 数码显示模块和按键等构成。
单片机是集成的IC 芯片AT89C51单片机，只需根据实际选型。
其他部分都需要根据应用 要求和性能指标自行设计。
LED 数码显示电路80C51中断系统电路单片机复位电路键盘控制电路图1-1.系统硬件构成模块交通灯控制电路紧急情况处理电路V lfR,注：以上电路图为我们所设计的交通灯控制系统的具体电路图， 四个方向的LED 指示灯，代表四个方位的交通信号灯，电路图的下方是单片机 控制系统。
交通灯的设计与实现
一、设计任务设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路，具体要求如下：1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；另一支干道为南北向，也有红、绿、黄三个灯。
红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。
2）东西和南北每次绿灯放行26s，红灯禁止30s。
在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。
3）能实现正常的、即时显示功能，用实验箱上的4个七段数码管作为到计时显示器，分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯时间。
二、设计原理首先要对时钟进行分频。
由于系统时钟频率比较大，因此首先分频产生时钟，用于下面的电路的控制；然后是各种颜色之间的转换，在此在添加一个使能端en，当使能端en为1的时候，就开始进行状态循环以及倒计时，然后en就立即变为0；在状态机中一共有四个状态，如下图所示：然后，我们这里用了BCD码表示倒计时时间。
灯亮或闪烁时间（绿、黄、红分别为26s、130s、5s）用BCD码表示（分别为26h、30h、5h）,倒计时的时候个位和十位分别是BCD码的高四位和低四位，首先是低四位倒数，当倒数到0时，给它重新赋值为9，且高四位减1，如此循环，直到这个数减到0，此时表示某一个灯亮的时间到，接着进行下一个状态，为了能使进入下一个状态，必须在时间减到0的时候，给使能端en 赋值1；由于用的BCD码，高四位和低四位就分别是我们要在译码模块的要用数码管显示的十位和个位。
用数据选择器来控制东西、南北的灯亮。
三、程序流程图1．1分频器的设计流程图1.2 5进制的设计流程图1.3 30进制的设计流程图1.4 26进制的设计流程图1.5 状态机的程序流程图四、程序设计1、5进制的设计library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jinzhi5 isport(clk,en,rst:in std_logic;ge,shi: out std_logic_vector(3 downto 0);cout:out std_logic);end jinzhi5;architecture behav of jinzhi5 isbeginprocess(clk,en)variable a,b: std_logic_vector(3 downto 0);beginif(rst='0') then a:="0101";b:="0000"elsif clk'event and clk='1' thenif(en='1') thenif(a=0) then a:="0101";b:="0000",cout<='1';else a:=a-1;b:="0000",cout<='0';end if;end if;end if;ge<=a;shi<=b;end process;end behav;仿真结果2、26进制的程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jinzhi26 isport(clk,en:in std_logic;ge: out std_logic_vector(3 downto 0);shi: out std_logic_vector(3 downto 0);cout:out std_logic);end jinzhi26;architecture behav of jinzhi26 isbeginprocess(clk,en)variable a: std_logic_vector(3 downto 0);variable b: std_logic_vector(3 downto 0);beginif(en='0') then a:="0010";b:="0101";elsif clk'event and clk='1' thenif(a=0 and b=0) then a:="0010";b:="0101";cout<='1';else if(b=0) then b:="1001";a:=a-1;else b:=b-1;cout<='0';end if;end if;end if;ge<=b;shi<=a;end process;end behav;仿真结果3、30进制的程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jinzhi30 isport(clk,en,rst:in std_logic;ge: out std_logic_vector(3 downto 0);shi: out std_logic_vector(3 downto 0);cout:out std_logic);end jinzhi30;architecture behav of jinzhi30 isbeginprocess(clk,en)variable a: std_logic_vector(3 downto 0);variable b: std_logic_vector(3 downto 0);beginif(rst='0') then a:="0000";b:="0000";elsif clk'event and clk='1' thenif en='1' thenif(a=0 and b=0) then a:="0011";b:="0000";cout<='1';else if(b=0) then b:="1001";a:=a-1;else b:=b-1;cout<='0';end if;end if;end if;end if;ge<=b;shi<=a;end process;end behav;仿真结果4、10M分频器的设计library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin20 isport(clk:in std_logic;c:out std_logic);end fenpin10;architecture art of fenpin10 issignal m: std_logic_vector(31 downto 0);signal c1:std_logic;beginprocess(clk)beginif rising_edge(clk) thenif m<4999999 thenm<=m+1;else m<=(others=>'0');c1<=not c1;end if;end if;c<=c1;end process;end art;仿真结果5、译码器的程序设计电路中需要4个译码器来显示东西、南北的亮灯时间。
LED交通信号灯电路原理图
LED交通信号灯电路原理图
LED交通信号灯电路原理图
LED交通灯电路控制6种北/南的方向和东/西的方向指示灯（红色，黄色和绿色）。
该时序是利用十年的CMOS4017计数器和一个555定时器。
计数器输出到4相或使用4个二极管，使导线1（红- 北/南）及（绿 - 东/西），发光二极管将在第一四项上。
第五计数（引脚10）点亮（黄色 - 东/西）和（红 - 北/南）。
6到9计数也使用二极管线相或控制（红色 - 东/西）及（绿 - 北/南）。
计数10（引脚11）控制（红 - 东/西）和（黄 - 北/南）。
为红色和绿色灯一段时间将是4倍以上为黄色和完整的周期时间可有47K电阻与调整。
八1N914二极管可以换掉了双4输入或门（CD4072）。
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3）控制器
采用1片74LS74（及两个D触发
器），将两个D触发器的Q’输出连接各自的输入D。使
得每增加一个时钟信号，输出翻转。将第一个D触发器的
CLK端接TY输出，输出即为Q0；将第二个D触发器的CL
K端接TL输出，输出即为Q1。这样就可以用简单的方法
实现逻辑功能，也就是采用了异步的方式对两个D触发器
个74LS163上。用来显示循环，同时便于后面要进行的
调试。
4、单元电路的设计
方案一 - 器件的选择 - 仿真结果
方案二 -器件的选择 -仿真结果
方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果
1）秒脉冲发生器 555接成多谐振荡器。
2）定时器
用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制
加法计数器。要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需
四种状态用Q1、Q0两个信号来表式。 在此，我没有使用资料中的转换关系和国际关心，而是使用了自
己的装换关系，在TL、TY信号来到时实现Q1、Q0转换，即可将S （00）~S（11）四种状态进行切换。具体转换方式请见表2：
现态
Q1
Q0
00 00 01 01 11 11 10 10
表2
输入 状态转换条件
编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3
Q1 Q0
AG AY AR
BG BY BR
0
01
0
10
1 10
1
00
0
0
0011000
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
4、单元电路的设计
方案一 - 器件的选择 - 仿真结果
方案二 -器件的选择 -仿真结果
方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果
1）秒脉冲发生器 555接成多谐振荡器。
将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。
3）控制器 用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行
选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74l
s74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。
4）显示电路的设计
AG=Q1’Q0’ AY=Q1’Q0 AR=Q1
3、单元电路的设计
①秒脉冲发生器 由555电路产生。
②定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，
先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，
进行模30的循环，向控制器提供模25的定时信号TY和模30的定时信 号TL。
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。将S（00）~S（11）共
交通灯电路的设计
组员：
设计内容及要求：
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；
TL
TY
0 0（保持） 0 1（转换）
0 0（保持） 1 0（转换）
0 0（保持）
0 1（转换）
0 0（保持）
1 0（转换）
输出
次态
Q1*
Q0*
00
0
1
01 11
11 10
10 00
可见在TY =1时，Q0将变换状态；在TL=1时，Q1将变换状态。用寄 存器的翻转可已实现，
④译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态 翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态
于是，我们可以用74LS139，即二—四译码器实现以上
的逻辑功能。使得
Y0通过非门连接AG
Y1通过非门，再与脉冲信号相与后，连接AY
Y2通过非门，再与脉冲信号相与后，连接BY
Y3通过非门连接BR
Q1直接连接AR
Q1通过反相器连接BR
（5）数码管显示器
采用2片74LS48芯片和2个共阴极七段数码管连接到2
2）定时器
采用2片74LS163芯片，2个与门，
2个非门。将第一片采用置位法接成十进制的循环方式，
同时在输出为9的时候提供进位信号。将进位信号接入第
二片芯片的使能端，把第二片74LS163接成三进制循环。
使得两个芯片共同构成一个30进制循环。
再增加3个与门、1个非门，使输出为25时提供定时信
号TY=1，在输出为30时提供定时信号TL=1。
其进行了控制。
4、单元电路的设计
方案一 - 器件的选择 - 仿真结果
方案二 -器件的选择 -仿真结果
方案三 - 器件的选择 - 仿真的结果
（4）译码器
采用1片74LS139
芯片、5个非门和2个与门实现
AG= Q1’Q0’
AY= Q1’Q0
AR= Q1
BG= Q1Q0
BY= Q1Q0’
BR= Q1’
定时器
TL
TY
秒脉冲 发生器
控制器 译码器
图1 交通灯控制系统原理框图
甲车道信号 乙车道信号
2；逻辑设计，对各部分连接处进行定义，建立各部分之间的联系
首先，由定时器组成30s循环，在25s时输出切换信号TY=1，在30s时输出T L=1，如此构成一个定时器的输出部分。接下来，由TL、TY提供给控制器信 号，在使其在TL时刻进行红灯灯到绿灯的切换，在TY时刻进行绿灯到黄灯的 切换。控制器将在不同的时刻输出S（00）~S（11）共四种状态，来对信号 灯6种状态（甲红灯亮，甲绿灯亮，甲黄灯亮，乙红灯亮，乙绿灯亮，乙黄 灯亮）进行控制，此过程由译码器进行。
（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定 。
Contents.
1. 基于数字电路的方案设计 2. 基于单片机的方案设计
一.基于数字电路的方案设计
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图； 交通灯定时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。
将信号灯状态进行分类，将控制器状态、信号灯状态、车道运行状态进行 归类，一一对应。最终得到表1的状态对应表，如下：
表1
控制器状态 信号灯状态
车道运行状态
S0(00) S1(01) S3(11) S2(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 甲车道禁止通行，乙车道缓行