交通灯控制器原理图

交通信号灯控制电路的设计一、设计任务与要求1、任务用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计一个甲乙两条交叉道路上的车辆交替运行，且通行时间都为25s的十字路口交通信号灯，并且由绿灯变为红灯时，黄灯先亮5s，黄灯亮时每秒钟闪亮一次。

2、要求画出电路的组成框图，用中、小规模集成电路进行设计与实现用EAD软件对设计的部分逻辑电路进行仿真，并打印出仿真波形图。

对设计的电路进行组装与调试，最后给出完整的电路图，并写出设计性实验报告。

二、设计原理和系统框图（一）设计原理1、分析系统的逻辑功能，画出其框图交通信号灯控制系统的原理框图如图2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。

秒脉冲信号发生器是该系统中定时器和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。

图1 交通灯控制电路设计框图图中：Tl：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25s，即车辆正常通行的时间间隔。

定时时间到，Tl=1,否则，Tl=0.Ty：表示黄灯亮的时间间隔为5s。

定时时间到，Ty=1,否则，Ty=0。

St：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。

它一方面控制定时器开始下一个工作状态的定时，另一方面控制着交通信号灯状态转换。

2、画出交通信号灯控制器ASM图（1）甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮。

表示甲车道上的车辆允许通行,乙车道禁止通行。

绿灯亮足规定的时间隔TL时控制器发出状态信号ST转到下一工作状态。

（2）乙车道黄灯亮乙车道红灯亮。

表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行已过停车线的车辆继续通行乙车道禁止通行。

黄灯亮足规定时间间隔TY时控制器发出状态转换信号ST转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮乙车道绿灯亮。

表示甲车道禁止通行乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时 控制器发出状态转换信号ST转到下一工作状态。

目 录1 引言 (1)1.1设计背景 (1)1.2VHDL简介 (1)1.3Q UARTUSⅡ简介 (3)2 交通信号灯控制器的设计 (3)2.1设计目的 (3)2.2系统计要求 (4)2.3设计思路 (4)2.4交通信号灯控制器系统工作流程 (5)3 交通灯控制器的实现 (5)3.1交通灯控制器的设计原型图 (5)3.2系统各功能模块的实现 (6)3.2.1 模块shuomaguan (6)3.2.2 模块traffic (6)3.3原理图 (7)4 交通信号灯控制器系统仿真及分析 (7)4.1SHUMAGUAN模块仿真波形图 (7)4.2顶层实体的仿真波形 (8)4.3TAFFIC模块的仿真波形图 (8)4.4管脚锁定 (8)5 完成调试后所显示结果的八种情况 (10)6 结论 (13)7 总结与体会 (13)附录 (15)S HUMAGUAN的VHDL程序 (15)T RAFFIC的VHDL程序 (16)参考文献 (21)1 引言1.1 设计背景随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。

因此，开发一套能够社会服务的交通灯控制器将是非常必要的，也是十分及时的。

1.2 VHDL简介语言硬件描述已经有几十年的发展历史，并且在系统的仿真、验证和设计、综合等方面得到成功的应用。

目前常用的硬件描述语言有VHDL、 Verilog HDL 、ABEL等。

VHDL则起源于20世纪70年代末和80年代初，美国国防部提出的VHSIC 计划，目标是为下一代集成电路的生产、实践阶段性的工艺极限和完成10万门级以上的电路设计而建立一种新的描述方法。

交通信号灯控制器实验报告交通信号灯控制器⼀、设计任务及要求 (2)⼆、总体⽅案设计以及系统原理框图 (2)2.1、设计思路 (2)2.2、各模块相应的功能 (2)2.3、系统原理图 (3)三、单元电路设计 (3)3.1、车辆检测电路 (3)3.2、主控电路 (4)3.3、灯控电路 (5)3.4、计时控制电路 (6)3.5、计时显⽰电路 (6)3.6、反馈控制电路 (7)3.7、置数电路 (7)3.8、时基电路 (7)四、⼯作原理 (8)五、电路的软件仿真及结果分析 (8)5.1、时基电路（555接成的多谐振荡器）的电路图以及波形的显⽰ (8)5.2、结果分析 (10)六、电路的组装调试 (10)6.1、使⽤的主要仪器和仪表 (10)6.2、调试电路的⽅法和技巧 (10)6.3、调试中出现的问题、原因和排除⽅法 (11)七、收获、存在的问题和进⼀步的改进意见 (11)7.1、存在的问题和进⼀步的改进意见 (11)7.2、收获以及⼼得体会 (12)附录⼀：电路所⽤元器件 (14)附录⼆：电路全图 (15)附录三：实际电路图 (16)⼀、设计任务及要求在⼀个主⼲道和⽀⼲道汇交叉的⼗字路⼝，为了确保车辆⾏车安全，迅速通⾏，设计⼀个交通信号灯控制电路，要求如下：1、⽤两组红、绿、黄发光⼆极管作信号灯，分别指⽰主道和⽀道的通⾏状态。

2、通⾏状态⾃动交替转换，主道每次通⾏30秒，⽀道每次通⾏20秒，通⾏交替间隔时为5秒。

3、通⾏状态转换依照“主道优先”的原则，即：当主道通⾏30秒后，若⽀道⽆车则继续通⾏；当⽀道通⾏20秒后，只有当⽀道有车且主道⽆车时才允许继续通⾏。

（⽤按键模拟路⼝是否有车）4、设计计时显⽰电路，计时⽅式尽量采⽤倒计时。

⼆、总体⽅案设计以及系统原理框图2.1、设计思路本次设计采⽤模块划分的⽅法，每个模块完成⼀项功能，最后将各个模块连接起来，设计完成后，⽤Multisim进⾏仿真，仿真成功后，再去实验室焊接调试。

EDA技术课程设计报告交通灯控制器一、设计功能：实现高速公路与乡间小路的交叉路口红绿灯的控制二、具体功能要求：1、只有在小路上发现汽车时，高速公路上的交通灯才可能变成红灯。

2、当汽车行驶在小路上时，小路的交通灯保持为绿灯，但不能超过给定的延迟时间。

（注：这段时间定义为20秒时间）3、高速公路灯转为绿灯后，即使小路上有汽车出现，而高速公路上并无汽车，也将在给定时间内保持高速公路绿灯。

（注：这段时间定义为60秒时间）4、原理框图如下：A B C D高速交通灯绿（60秒）黄（5秒）红（20秒）红（5秒）小道交通灯红红绿黄三、参考设计方案:图2 交通信号灯控制器的原理框图采用VHDL语言输入的方式实现交通信号灯控制器图3 交通信号灯控制器程序原理框图该程序由7个进程组成，进程P1和P2将CLK信号分频后产生1秒信号，进程P3、P4、P5构成两个带有预置数功能的十进制计数器，其中P4产生允许十位计数器计数的控制信号。

进程P6实现状态转换和产生状态转换的控制信号，进程P7产生次态信号和信号灯输出信号，以及每一个状态的时间值。

计数器驱动脉冲如图所示：四、编写相应源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED. ALL;ENTITY CONTRALZ ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;RA,GA,YA:OUT STD_LOGIC;TIMEAH,TIMEAL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END CONTRALZ;ARCHITECTURE BHV OF CONTRALZ ISTYPE RG IS (GREEN,RED,YELLOW2);BEGINPROCESS(CLK)VARIABLE A:STD_LOGIC;VARIABLE TH,TL:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);VARIABLE STATE:RG;BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN CASE STATE ISWHEN GREEN=>IF A='0'THEN TH:="0101";TL:="1001";A:='1';GA<='1';RA<='0';YA<='0';ELSE IFNOT(TH="0000"AND TL="0001")THEN IF TL="0000"THEN TL:="1001";TH:=TH-1;ELSE TL:=TL-1;END IF;ELSETH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=RED;END IF;END IF;WHEN RED=>IF A='0'THEN TH:="0001";TL:="1001";A:='1';RA<='1';YA<='0';GA<='0';ELSE IFNOT(TH="0000"AND TL="0001") THEN IF TL="0000"THEN TL:="1001";TH:=TH-1;ELSETL:=TL-1;END IF;ELSE TH:="0000";TL:="0000";A:='0';RA<='0';GA<='0';STATE:=YELLOW2;END IF;END IF;WHEN YELLOW2=>IF A='0'THEN TH:="0000";TL:="0101";A:='1';YA<='1';GA<='0';RA<='0';ELSE IF NOT(TH="0000"AND TL="0001")THEN IF TL="0000"THEN TL:="0101";TH:=TH-1;ELSE TL:=TL-1;END IF;ELSE TH:="0000";TL:="0000";GA<='0';RA<='0';YA<='0';A:='0';STATE:=RED;END IF;END IF;END CASE;END IF; TIMEAH<=TH;TIMEAL<=TL;END PROCESS;END BHV;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY CONTRALX ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;RB,GB,YB,CHU:OUT STD_LOGIC;TIMEAH,TIMEAL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END CONTRALX;ARCHITECTURE BHV OF CONTRALX ISTYPE RGY IS(RED,YELLOW1,GREEN,YELLOW2);BEGIN PROCESS(CLK)VARIABLE A:STD_LOGIC;VARIABLE TH,TL:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); VARIABLE STATE:RGY;BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN CASE STATE ISWHEN YELLOW1=>IF A='0'THEN TH:="0000";TL:="0100";A:='1';YB<='1';GB<='0';RB<='0';CHU<='1';ELSE IF NOT(TH="0000"AND TL="0001")THEN IF TL="0000"THEN TL:="1001";TH:=TH-1;ELSE TL:=TL-1;END IF;ELSE TH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=GREEN;END IF;END IF;WHEN GREEN=>IF A='0'THEN TH:="0001";TL:="1001";A:='1';GB<='1';RB<='0';YB<='0';CHU<='1';ELSE IF NOT(TH="0000"AND TL="0001") THEN IF TL="0000"THEN TL:="1001";TH:=TH-1;ELSE TL:=TL-1;END IF;ELSE TH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=YELLOW2;END IF;END IF;WHEN RED=>IF A='0'THEN TH:="0101";TL:="0100";A:='1';RB<='1';YB<='0';CHU<='1';ELSE IF NOT(TH="0000"AND TL="0001")THEN IF TL="0000"THEN TL:="1001";TH:=TH-1;ELSE TL:=TL-1;END IF;ELSE TH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=YELLOW1;END IF;END IF;WHEN YELLOW2=>IF A='0'THEN TH:="0000";TL:="0100";A:='1';YB<='1';GB<='0';RB<='0';CHU<='1';ELSE IF NOT(TH="0000"AND TL="0001") THEN IF TL="0000"THEN TL:="1001";TH:=TH-1;ELSE TL:=TL-1;END IF;ELSE TH:="0000";TL:="0000";A:='0';CHU<='0';STATE:=RED;END IF;END IF;END CASE;END IF;TIMEAH<=TH;TIMEAL<=TL;END PROCESS;END BHV;五、对源程序进行编译及仿真1、对程序进行编译，结果如下图：2、用waveform对程序进行波形仿真，结果如下图：六、设计思路在听完课程设计指导课前，我们对交通灯的程序设计思路基本上可以称得上是一片茫然，在听完课后虽然有个大致的思路，但还是不知道具体要怎么实施，于是我们开始去图书馆寻找参考书。

可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
7、比较指令的交通灯程序
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
3、I/O端口分配 Input(输入)： I:0/1：总的启动开关； I:0/2：总的停止开关； I:0/3：东西向急通时的启动开关； I:0/4：东西向关闭急通时的开关； I:0/5：南北向急通时的启动开关； I:0/6：南北向关闭急通时的开关；
可编程控制器原理及应用
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
4、硬件连线图：
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
5、十字路口交通灯控制系统的PLC梯形图 ：
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
5、十字路口交通灯控制系统的PLC梯形图 ：
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
5、十字路口交通灯控制系统的PLC梯形图 ：
5、十字路口交通灯控制系统的PLC梯形图 ：
可编程控制器原理及应用
的PLC梯形图 ：
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
5、十字路口交通灯控制系统的PLC梯形图 ：
可编程控制器原理及应用
实验二、交通灯程序设计
6、程序说明 第1级阶梯：主要是作为一个总的启动和关闭作用，用来 控制以下每盏灯的亮灭。同时在该系统响应急通完毕后， 其该级阶梯使该系统恢复正常工作。 第2级阶梯：其中计时器T4:0主要控制南北向的红灯，并 使其在25秒内都亮，25秒后，红灯将灭。计时器T4:1控 制东西向的绿灯，并使其在20秒内都亮。 第3级阶梯：控制南北向红灯的亮灭。 第4级阶梯：控制东西向绿灯的亮灭。 第5级阶梯：其中计时器T4:12控制东西向绿灯3秒的闪烁。 第6级阶梯：其中计时器T4:2控制东西向绿灯3秒的闪烁 时每一周期（一周期1秒）的亮0.5秒。

交通灯控制器设计原理
交通灯控制器设计的核心原理主要包含定时器和译码器的工作方式。

定时器由不系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成。

计数器在状态信号ST作用下首先清零，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5的定时信号TY和模25的定时信号TL。

译码器则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。

此外，还需要考虑到实际应用中的一些细节，例如信号灯的闪烁频率、颜色和持续时间等，以确保交通灯控制器能够有效地控制交通流量，提高交通效率并保障交通安全。

以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询交通工程专家。

*
操作规则实现电路
功能：根据交通红绿灯控制器的功能要求，确定不同工作状态下计时器的计数值。可用8位计数器来实现定时计数。
正常运行时，计数器按照规定的定时要求加1计数；若要人工放行某方向，只要使计时器运行到该放行状态的最后一刻时，计时器保持此时的计数值，使红绿灯信号生成器暂停状态的转移即可。
*
再按下键2，表示欲人工放行B方向，则相应LED有显示；同时两个方向的红绿灯按正常运行规律自动切换，当运行到放行B方向时，则保持放行该方向。
再按下键3，表示清除人工方向的控制，则交通灯开始自动转换红黄绿灯的状态。
3
2
1
4
*
1
2
3
4
5
6
预习时请画出其状态转移图。
*
设计方案的选择
01
图文混合设计方法：先将电路划分为几个子模块，每个子模块由Verilog HDL语言描述实现，然后生成逻辑符号，顶层文件采用图形文件来实现。
02
纯文本描述方法：每个子模块和顶层电路的连接关系都采用Verilog HDL语言描述实现，对子模块的调用采用模块元件例化的方法。
起始状态的选择
采用log2N个触发器来表示这N个状态 采用N个触发器来表示这N个状态——称为一位热码状态机编码（One-Hot State Machine Encoding）。
状态编码
采用Verilog HDL语言实现基于状态机的设计，就是在时钟信号的触发下，完成两项任务： 用case或if-else语句描述出状态的转移； 描述状态机的输出信号。
在线校验
下载后，仔细观察：红绿灯应按设定的时间规律自动切换，D1~D8八个LED分别对应的是：A方向的红黄绿，B方向的红黄绿，A方向的放行状态，B方向的放行状态。

1 设计任务描述1.1设计题目：交通灯信号控制器的设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的熟练使用Keil开发环境，具备编写单片机程序(汇编语言或C语言)的初步能力，通过完成本课题的软硬件设计，使同学们了解单片机实例的整个开发流程。

1.2.2 基本要求用单片机设计出一个交通信号灯控制器。

此交通信号灯控制器完成控制红黄绿三种颜色灯的点亮和熄灭。

设计一个交通信号灯控制器，该交通信号灯控制器基本功能：设A道为东西道，B道为南北道，A道放行时间10s，B道放行时间为15s，绿灯放行，红灯停止，放行的最后三秒绿灯闪烁，绿灯转红灯时黄灯亮3s。

同时该交通信号灯控制器附加功能：当一道一直有车另一道无车时，交通控制系统能立即让有车的车道放行，当有紧急车辆（如110，120，119等急救车）要求通过时，此系统应能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过，紧急车辆通过后，交通灯恢复先前状态。

1.2.3 发挥部分当有紧急车辆（如110，120，119等急救车）要求通过时，此系统应能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，同时报警声音响起，紧急车辆通过后，交通灯恢复先前状态。

2 设计思路本系统拟采用AT89C51单片机作为交通灯系统的控制核心。

在十字路口东西方向通行时，南北方向红灯显示13秒，同时东西向绿灯显示10秒，当南北方向红灯倒计时显示为3秒时，东西方向黄灯显示3秒并闪烁；南北方向绿灯显示15秒，东西方向红灯显示18秒，当南北方向红灯倒计时显示为3秒时，东西方向黄灯显示3秒并闪烁，如此循环。

当发生紧急情况时，两路红灯亮，紧急结束时继续显示上一个状态。

从设计所要完成的任务和要求来看，单一路口显示倒计时时间的数码管必须用两位，对于七段数码管，倒计时显示装置中的数码管在本系统中采用的是动态显示；设置了4个按键来处理交通灯在实际应用中可能出现的特殊情况，P3.1接K1键，P3.2接K2键，P3.3接K3键，P3.4接K4键；十字路口共需4组红绿灯，本设计中为简化，只设置2组红绿灯。

块。
逻辑算法
根据交通规则和控制要求，设计红 、绿、黄灯的逻辑切换算法，确保 交通流畅且安全。
程序实现
使用PLC编程语言（如Ladder Logic、Structured Text等）编写 控制程序，并进行仿真测试和调试 。
人机交互界面的设计与实现
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机交互 界面，包括主界面、参数 设置界面和故障诊断界面 。
PLC的CPU根据预设的程序对 输入信号进行处理，输出控制 信号。Fra bibliotek反馈调节
根据实际交通情况，通过编程 调整控制逻辑，实现交通灯的 自动调节。
交通灯PLC控制系统的编程语言与实现方式
编程语言
常用的PLC编程语言有Ladder Logic（梯形图）、Structured Text（结构化文 本）、Function Block Diagram（功能块图）等。
交通灯PLC控制系统的重要性在于能 够实现智能化、自动化的交通管理， 提高城市交通运行效率，保障交通安 全。
交通灯PLC控制系统的历史与发展
早期的交通灯控制系统采用机械式控制方式，随着技术的发展，逐渐被电子式控制 系统取代。
PLC技术的出现使得交通灯控制系统的可靠性和稳定性得到了极大的提高，目前已 经成为城市交通信号控制的主流技术。
输入模块
接收来自现场的各种输入信号， 如按钮、传感器等。
存储器
存储程序和数据。
外设
如键盘、显示器等。
交通灯PLC控制系统的信号处理流程
信号输入
将采集的信号输入到PLC的输 入模块。
信号输出
控制信号通过PLC的输出模块 输出，控制交通灯的亮灭。
信号采集
通过传感器检测路口的车流量 、人流量等信息。

EDA课程设计报告设计题目：交通灯信号控制器专业年级：姓名：学号：指导教师：2012.5.30摘要-----------------------------------------------------1 关键词--------------------------------------------------1 一交通灯控制系统简介------------------------------------2 1.1 交通灯的发展----------------------------------------2 1.2 交通灯控制系统的目的--------------------------------2 二交通灯控制系统的设计----------------------------------2 2.1 设计要求--------------------------------------------3 2.2 设计思路--------------------------------------------3 2.2.1 设计流程----------------------------------------4 2.2.2 状态机变化图------------------------------------5 三详细设计----------------------------------------------6 3.1 红黄绿灯控制模块------------------------------------6 3.2 倒计时传输、控制模块---------------------------------6 3.3 倒计时45秒模块-------------------------------------7 3.4倒计时25秒模块--------------------------------------8 3.5倒计时5秒模块---------------------------------------8 3.6 总体连线图------------------------------------------9 四心得体会---------------------------------------------10 参考文献-----------------------------------------------10 附录---------------------------------------------------11随着电子设计技术、ISP（在系统可编程）技术，PLD（可编程逻辑器件），与EDA（电子设计自动化）紧密结合，它代表了数字系统设计领域的最高水平，给数字电路的设计带来了革命性的变化。

（2）指令的使用举例：如图3-3-6所示。
图3-3-6 指令使用举例
项目3 数码显示时间的交通灯PLC控制
2．加1指令[FNC24（INC）] 减1指令[FNC25（DEC）]
加1指令和减1指令使用时，一般采用脉冲执行方式，不宜采用连续执行方式，因为连续执行方式是每个程序扫描周期都将执行一次加1和减1的运算，所以勿必引起注意。
1．输入程序并传送到PLC，然后运行调试，看是否符合控制要求，否则要检查接线、PLC程序，直至满足控制要求方可。 （1）交通灯控制程序调试：启动运行程序，观察南北方向和东西方向的红、黄、绿灯是否按照控制的要求工作。 （2）南北方向和东西方向时间显示的调试：启动运行程序，观察南北方向和东西方向时间显示是否按要求倒计时显示；两个方向显示是否同步。 （3）时间显示和交通灯的控制同步调试：启动运行程序，观察各方向时间显示与同一方向的灯光控制是否同步。 2．由于本项目涉及红、黄、绿灯和数码显示管，为了保护好设备，也可按下面方法调试： （1）模拟调试程序。暂时切断输出端电源，观察PLC的输出指示灯是否按控制要求指示，否则，检查并修改程序，直至指示正确。 （2）系统调试。将输出端电源都接上，观察红、黄、绿灯和数码显示管是否按要求运行，否则检查接线，直至按要求运行。
项目准备
图3-3-4 加1指令格式
2．加1指令[FNC24（INC）] 减1指令[FNC25（DEC）]
（1）指令格式： ①加1指令：如图3-3-4所示。 ②减1指令：如图3-3-5所示。
项目3 数码显示时间的交通灯PLC控制
图3-3-5 减1指令格式
项目准备
项目3 数码显示时间的交通灯PLC控制
本项目要求交通灯工作时要具有倒计数并显示剩余时间功能，如图3-3-1所示。具体控制要求如下：当PLC运行时，南北方向绿灯亮，南北方向显示时间6s并倒计数，东西方向红灯亮，东西方向显示时间9s并倒计数；3s后，南北方向绿灯闪烁；3s后，南北方向黄灯亮，南北方向显示时间3s并倒记数；3s后，南北方向红灯亮，南北方向显示时间8s并倒计数，东西方向绿灯亮，东西方向显示时间5s并倒计数；2s后东西方向绿灯闪烁；3s 后，东西方向黄灯亮，东西方向显示时间3s并倒计数；3s后，又是南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮…，如此反复循环，实现十字路口交通灯的自动控制。

西安工业大学北方信息工程学院课程设计报告课程数字系统设计题目十字路口交通灯控制器的设计专业通信工程班级学号姓名2012年 6 月 23 日目录一、设计目的 (2)二、设计要求和任务 (2)设计任务： (2)三、方案论证 (2)四、VHDL语言程序描述 (3)五、对VHDL语言进行处理 (7)六、硬件仿真 (7)七、心得体会 (10)一、设计目的利用MaxplussII平台的VHDL语言设计一个十字交叉路口的交通灯控制器，要求主干道和支道持续的时间各不相同，并能够用倒计时的形式显示。

二、设计要求和任务设计任务：有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，主干道为东西向，支干道为南北向。

为确保车辆安全，迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、黄、绿3种信号灯（可利用实验板上的LED显示灯表示交通状态，其中O1、O2、O3分别表示主干道红、黄、绿灯，O6、O7、O8分别表示支干道红、黄、绿灯）。

要求：（1）主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，反之亦然，两者交替允许通行，主干道每次放行35s，支干道每次放行25s。

每次由绿灯变为红灯的过程中，亮光的黄灯作为过渡，时间为5s。

（2）利用七段数码显示器，实现正常的倒计时显示功能（用数码管1和数码管2显示主干道倒计时时间，用数码管4和数码管5显示支干道倒计时时间）。

（3）能实现总体清零功能：计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。

三、方案论证图1交通灯控制器原理图交通灯控制器原理框图如图1所示，包括置数模块、计数模块、主控制器模块和译码器模块。

置数模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中，计数模块以秒为单位倒计时，当计数值减为零时，主控电路改变输出状态，电路进入下一个状态的倒计时。

其中，核心部分是主控制模块，他负责整个交通灯的运行状态。

表1 交通灯控制器的状态转换表（2）译码模块由于系统要进行35s，5s，25s三种定时，可以采用一个置数模块由主控模块输出的信号控制定时时间的选择。

前言红绿交通灯自动控制系统在城市十字（或丁字）路口有着广泛的应用。

随着社会的进步，人们生活水平的提高，私家车数量会不断增加，对城市交通带来前所为有的压力。

道路建设也将随之发展，错综复杂的道路将不断增多。

为维持稳定的交通秩序，红绿灯自动控制系统将得到更为广泛的应用。

无论在大城市还是中小城市街道的十字路口，每条道路都各有一组红，黄，绿信号灯，用以指挥车辆和行人有序地通过十字路口。

红灯（R）亮表示该道路禁止通过；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通过。

交通灯控制器即交通信号定时控制系统就是用来自动控制十字路口三组红、黄、绿三色交通信号灯，指挥各种车辆和行人安全通信，以实现十字路口交通管理的自动化。

本设计应用基本数字电路知识，采用LED灯作红、绿、黄三交通灯，用数码管作同步倒计时显示，实现两方向通行时间相等的控制并配有倒计时。

目录第一章．系统概要 (3)1.1 设计思路 (3)1.2原理和总体设计方案 (4)1.2.1原理 (4)1.2.2总体设计方案构思 (4)1.3功能的划分及组成 (4)第二章.总的设计方案 (5)2.1设计任务及主要技术指标和要求 (5)2.2工作流程： (5)2.3工作流程图 (6)2.4方案设计 (6)2.4.1方案构思 (6)2.4.2方案的可行性论证 (6)第三章．单元电路设计 (7)3.1秒信号产生电路 (7)3.2主控电路（交通灯信号状态控制器设计） (8)3.2.1状态指令和编码 (8)3.2.2求交通灯控制函数及电路 (9)3.3定时译码显示系统的设计 (11)3.3.1定时电路 (11)3.3.2计数译码显示电路 (12)第四章元器件选择及介绍 (13)第五章.电路调试设计总结 (17)附录1：完整的设计电路图附录2：元器件清单参考文献交通信号灯控制器设计摘要：分析交通信号灯控制系统应用要求及设计原理，设计出能够满足实际应用要求的交通信号灯控制器。

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。

根据交通灯的工作状态流程图，可以列出控制器的状态转换表如下：
根据状态转换表，推出状态方程和转换信号方程：
Qn1 0
Q1n Q0nTL
Q1nQ0n
Q1nQ0nTL
Qn1 1
Q1nQ0nTY
Q1nQ0n
Q1n Q0nTY
ST Q1n Q0nTL Q1nQ0nTY Q1nQ0nTL Q1n Q0nTY
5
交通灯控制电路 位信号，使高位片进行加 1 计数，完成了将 16 进制转换为十进制计数功能。
实现了下列状态转换： Q3Q2Q1Q0 ：
在计数器的输出端取状态转换信号 TL、TY。即 TL Q12Q21、TY Q21 实现当绿灯或红灯亮够 25 秒后，TL=1 发出状态转换信号，进入下一个状态；黄 灯亮够 5 秒后 TY=1,进入下一个状态。 3、控制器
交通灯控制电路
摘要：交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆
的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制 器、译码显示电路组成。秒脉冲发生器由 555 构成的多谐振荡器产生秒脉冲， 定时器由 74LS163 实现，控制器由 74LS153 四选一数据选择器和 74LS74 双 D 触 发器组成，译码电路采用 74LS48 和七段数码管来显示，红黄绿灯显示电路由逻 辑组合电路组成。控制器通过 ST 信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的 转换。
THR
TRI
CON
GND
C3 0.01µF
555_VIRTUAL
2、定时器 定时器由系统秒脉冲和同步计数器构成，计数器在状态转换信号 ST 作用下
首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行加 1 计数，向控 制器提供 5 秒的黄灯定时信号 TY 和 25 秒的红灯或绿灯定时信号 TL

课题一交通灯控制逻辑电路设计一、概况为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过, 往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。

其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。

1.1 交通灯控制器系统框图二、设计任务和要求1.设计一个十字路口交通信号灯控制器, 其要求如下:2.满足如图1.2顺序工作流程。

图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG, 东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。

它们的工作方式, 有些必须是并行进行的, 即南北方向绿灯亮, 东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮, 东西方向红灯亮；南北方向红灯亮, 东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮, 东西方向黄灯亮。

t为时间单位图1.2 交通灯顺序工作流程图. 2.应满足两个方向的工作时序: 即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和, 南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。

时序工作流程图见图3.3所示。

图3.3中, 假设每个单位时间为3秒, 则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒, 一次循环为36秒。

其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和, 黄灯是间歇闪耀。

467891011112503462503tNSG图1.3 交通灯时序工作流程图3.十字路口要有数字显示, 作为时间提示, 以便人们更直观地把握时间。

具体为: 当某方向绿灯亮时, 置显示器为某值, 然后以每秒减1计数方式工作, 直至减到数为“0”, 十字路口红、绿等交换, 一次工作循环结束, 而进入下一步某方向的工作循环。

例如: 当南北方向从红灯转换成绿灯时, 置南北方向数字显示为18, 并使数显计数器开始减“1”计数, 当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时, 数显得值应为3, 当减到“0”时, 此时黄灯灭, 而南北方向的红灯亮；同时, 使得东西方向的绿灯亮, 并置东西方向的数显为18。

4.可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。

交通灯控制器原理交通灯控制器是城市交通信号系统中的重要组成部分，用于控制红绿灯，确保道路交通的顺利进行。

交通灯控制器的原理主要包括感应信号接收、信号处理和信号输出三个方面。

首先，交通灯控制器通过感应信号接收来感知交通流量和车辆的存在。

这通常通过使用传感器来实现，主要有以下几种方式：1.触发线：在道路上设置触发线圈，当车辆经过时，会产生电磁感应信号，触发线圈将这一信号传给控制器。

2.压触式按钮：在人行横道路口或非机动车道路口设置按钮，当行人或非机动车按下按钮时，控制器可以通过按钮接收到信号。

3.光电传感器：安装在交通信号灯上方的传感器，可以感知车辆和非机动车的存在。

4.摄像头：安装在交通信号灯上方或路口关键位置的摄像头，用于检测车辆和非机动车的存在。

当控制器接收到道路上的感应信号后，它将进入信号处理阶段。

在信号处理阶段，交通灯控制器需要根据不同的交通流量和道路状况来确定灯光的状态。

这需要控制器内部的智能系统根据预设的算法进行计算和判断。

在信号处理阶段，交通灯控制器通常考虑以下几个因素：1.交通流量：根据不同车辆和行人的数量来调整红绿灯的时间。

2.路口结构：考虑到路口的大小、道路等级和车辆转向情况，控制器需要合理安排信号配时，确保交通流畅。

3.优先级：对主干道和支干道进行优先级设置，确保交通通畅。

4.高峰和低谷时段：根据不同时段的交通流量情况，合理调整信号配时，提高道路利用效率。

信号处理阶段主要是通过控制器内部的智能计算机系统进行实现。

这些系统通常配备有微处理器和控制算法，能够根据事先设置的规则和参数进行更加精确的配时控制。

最后，交通灯控制器的信号输出阶段是通过输出指令来操控交通信号灯的状态。

根据前述的信号处理结果，控制器会发送具体的指令信号，让交通信号灯按照预定的时间间隔和顺序进行切换。

除了基本的红、黄、绿灯信号输出外，交通灯控制器还可以根据需要进行特殊控制。

例如，在某些交叉口，为了增加行人的过马路时间，控制器可以设置行人助推绿灯，延长绿灯时间。

目录一、设计目的及意义 (2)二、设计方案原理与分析 (2)1、分析系统的逻辑功能及其框图 (2)2、交通灯控制器的工作流程 (3)3、总体设计思路 (4)三、模块说明 (4)1、秒脉冲发生器 (5)2、定时器 (5)3、控制器 (6)4、译码电路 (8)四、总系统电路图 (8)五、主要元件管脚及其功能介绍 (9)1、555芯片 (9)2、74LS163 (10)3、74LS153 (11)4、74LS74 (11)5、74LS00 (12)6、7段数码管 (12)六、心得体会及分析 (13)七、附录（参考文献） (14)摘要：交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。

本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路组成。

秒脉冲发生器由 555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，定时器由74LS163实现，控制器由74LS153四选一数据选择器和74LS74双D触发器组成，译码电路采用74LS48和七段数码管来显示，红黄绿灯显示电路由逻辑组合电路组成。

控制器通过ST信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。

关键字：交通灯控制器秒脉冲发生器定时器译码器一、设计目的及意义交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。

交通灯的颜色有红、黄、绿三种，当红灯亮时，表示该方向道路上的车辆或行人禁止通行；黄灯亮时，表示该方向道路上的行人禁止通行以及未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮时，表示该方向道路上的车辆或行人允许通行；交通灯控制电路自动控制十字交叉路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，有序的指挥各种车辆和行人安全通行。

二、设计方案原理与分析1、分析系统的逻辑功能及其框图交通灯控制系统的原理框图如图所示。

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。

秒脉冲信号发生器是系统中定时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，控制器是系统的的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。