数字电子技术交通信号灯控制系统

前言

在现代城市中，随着人口和汽车日益增长，市区交通安全问题也日益突出。因此，交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的通行秩序，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。

本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,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。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。

目录

一、系统概述 (3)

二、单元电路的设计 (4)

1、秒脉冲发生器 (4)

2、时序电路 (5)

3、译码电路 (5)

4、信号灯电路 (9)

5、减计数器 (10)

6、显示译码电路 (11)

7、总原理图 (12)

三、调试与检测 (13)

四、体会总结 (13)

五、参考文献 (14)

六、附录 (15)

交通信号灯控制电路

一、设计指标：

1. 指标要求：

十字路口的主、支干道各有红、黄、绿三个灯。主干道通行三十秒；支干道通行二十秒。绿灯行，红灯停。绿变红时，要求黄灯先亮五秒钟。

2.原理图：

二、课程设计步骤：

1.按要求做方案设计，确定芯片，用仿真软件画出电路图并仿真。

2.安装调试。

3、交课程设计任务说明书，验收，答辩。

三、课程设计报告要求：

1、题目指标要求。

2、电路方案框图。

3、详细写出每一框图电路的设计思想，画出相应的电路。写出所用元件的参数、型号和逻辑功能表。

4、总体电路图及工作原理分析。

5、总结。

一、系统概述：

交通灯控制系统的原理框图如图1所示。

图1 交通灯控制系统原理框架图

它主要由脉冲发生器、时序电路、译码电路、减计数器和显示译码电路等部分组成。脉冲发生器是系统中标准时钟信号源，译码电路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。减计数器和显示译码电路共同实现数码管的倒计时显示功能，其准确的时间要由译码器输出的四种状态信号控制。译码电路和显示译码电路是系统的主要部分，由它们控制信号灯和数码管的工作。

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图2所示：

时间数字显示

显示译码电路 脉冲发生器

时序电路

译码电路

支干道 信号灯

主干道 信号灯

减计数器

状态1 支干道 绿灯亮 时间30s

状态2 支干道 黄灯亮 时间5s

状态3 主干道 绿灯亮 时间20s

状态4 主干道 黄灯亮 时间5s

图2 信号灯的运行状态

绿 黄 红

红 黄 绿

主

支

表1 电路运行状态表

二、单元电路的设计

1、秒脉冲发生

本设计采用555定时器组成秒脉冲信号发生器，产生周期为1s 的矩形波。 根据下列公式计算

所以电路中R1和R2的参数为47kΩ，电容器C1和C2的参数为10uf 。

s

T s u k k C R R C R R s

u k C R C R H pL H pL 987.0658.0329.0t t 658.010*)4747(*7.0)(7.02ln )(t 329.010*47*7.07.02ln t p 2121p 22=+=+==+=+≈+===≈=

2、时序电路

时序电路由两片74LS161芯片组成60进制的计数器如图3所示：

图4 六十进制的循环计数器

U2的进位信号TC端接U3的CET端和CEP端。所以U2的输出端是低位，U3的输出端是高位。当CET=1且Q0Q1Q2Q3=1111时TC=1表明下一个CP上升沿到来时将会有进位发生。因为信号灯运行一个周期需要时间=30+5+20+5=60s，所以计数器需要设计成六十进制的循环计数器。六十进制的计数器有0—59个状态，换用二进制表示也就是000000—111011。当出现60（111100）的时候计数器立刻跳回0（000000）实现一个周期循环，所以电路中要采用反馈清零的方法实现这一设计。两片161串接共有8个输出端口，而实际上只需要六个即可，如图4所示标记为Q0Q1Q2Q3Q4Q5，左侧为低位右侧为高位。当Q2Q3Q4Q5=1111时计数器清

̅̅̅̅清零端。

零，将Q2Q3Q4Q5通过与非门电路连接U2和U3的CR

3、译码电路

计数器有六根输出线输出60个状态，译码器采用6线—64线译码电路。

如图5所示：

译码电路采用9片74LS138芯片组成，Q0Q1Q2Q3Q4Q5与计数器的输出端相连。由于计数器只有60个状态，所以译码器的64个输出线并没有充分利用有四根是闲置的。在仿真时

会看到低电平从1端口一次移动到60端口然后循环。将1—30个端口用与非门连接输出端就是状态1，31—35个端口用与非门连接输出是状态2，36—55个端口用与非门连接输出就是状态3，56—60个端口用与非门连接输出就是状态4.

图5 6线—64线译码器

由于采用的芯片太多给做实物电路增加困难，因此要在此原理基础上简化电路计数器输出的前三十个状态信号为从000000—011101，接下来五个状态信号为011110，011111，100000，