交通灯控制器设计(课题设计)

课程设计课题：交通灯控制器的设计一、设计目的：学习QuartusII的使用方法，熟悉可编程逻辑器件的使用。

通过制作来了解交通灯控制系统，交通灯控制系统主要是实现城市十字交叉路口红绿灯的控制。

在现代化的大城市中, 十字交叉路口越来越多,在每个交叉路口都需要使用红绿灯进行交通指挥和管理,红、黄、绿灯的转换要有一个准确的时间间隔和转换顺序,这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理, 本系统就是基于此目的而开发的。

二、设计任务：1.满足如下时序要求：南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮，反之亦然。

2.每一方向的红（绿）黄灯共维持30秒。

3.当某一方向绿灯亮时，置显示器为30秒，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为3秒时，红绿灯熄灭，黄灯开始间隙闪耀3秒，减到为0，红绿灯交换，一次工作循环结束，进入下一步另一方向的工作循环。

4.红绿黄灯均采用发光二极管。

5.设计由晶振电路产生1Hz标准秒信号的单元电路。

6.要求对整体电路进行仿真，观察并记录下仿真波形。

三、设计原理：交通灯有四个状态：G1 Y1 R1 G2 Y2 R2S1. 亮灭灭灭灭亮S2. 灭闪灭灭灭亮S3. 灭灭亮亮灭灭S4. 灭灭亮灭闪灭然后重复状态S1.●分频器分频器实现的是将高频时钟信号转换成底频的时钟信号，用于触发控制器、计数器和扫描显示电路。

该分频器将时钟信号分频成1HZ和4HZ的时钟信号。

●控制器控制器的作用是根据计数器的计数值控制发光二极管的亮、灭，以及输出倒计时数值给七段数码管的分位译码电路。

此外，当检测到为夜间模式时，手动控制点亮黄灯的二极管。

●计数器这里需要的计数器的计数范围为30-0。

计到0后，下一个时钟沿回复到30，开始下一轮计数。

此外，当检测到夜间模式时，计数器暂停计数，而系统复位信号使计数器异步清零。

四、电路设计1、分频单元电路设计2、30减计数单元电路设计3、红黄绿灯控制单元电路设计4、译码显示单元电路设计●设计流程五、实验程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jiaotong isport(clk,clr:in std_logic;clk1,clk2,clk3:buffer std_logic; ---分频信号pout:out std_logic_vector(6 downto 1);---东西南北的红绿黄灯状态表示C1:out std_logic_vector(3 downto 0);---BCD码高四位表示C0:out std_logic_vector(3 downto 0));---BCD码低四位表示end jiaotong;architecture one of jiaotong issignal g1,y1,r1,g2,y2,r2:STD_LOGIC;---1表示东西方向，2表示南北方向，g，y，r分别表示绿灯，黄灯，红灯signal div:integer range 0 to 20000000; ---分频1signal divn:integer range 0 to 4000000; ---分频2，用于控制黄灯闪烁type st is(s1,s2,s3,s4);---分别表示红绿黄灯的四种组合状态signal state:st;beginC:process(clk)beginif clk'event and clk='1' then---对20HZ进行分频，1HZif(div<19999999)thendiv<=div+1;clk1<='0';else div<=0; clk1<='1';end if;if(divn<2499999)then ---用于黄灯闪烁divn<=divn+1;clk2<='0';else divn<=0; clk2<='1';end if;end if;end process;process (clk1) isvariable t:integer :=31; ---初始赋值beginif clr='1' then ---夜间时为黄灯闪烁，且为手动控制pout(6)<='0'; pout(5)<=clk2 and '1'; pout(4)<='0';pout(3)<='0'; pout(2)<=clk2 and '1'; pout(1)<='0';else if(clk1'event and clk1='1') thent:=t-1;case state is ---四种组合状态转换when s1 =>G1<='1'; Y1<='0'; R1<='0'; G2<='0';Y2<='0';R2<='1'; if(t=3) then state<=s2;else state<=s1;end if;when s2 =>G1<='0';Y1<='1';R1<='0';G2<='0';Y2<='0';R2<='1';if(t=0) then state<=s3;t:=30;else state<=s2;end if;when s3 =>G1<='0';Y1<='0';R1<='1';G2<='1';Y2<='0'; R2<='0';if(t=3) then state<=s4;else state<=s3;end if;when s4 =>G1<='0';Y1<='0';R1<='1';G2<='0';Y2<='1';R2<='0';if(t=0) then state<=s1;t:=30;else state<=s4;end if;when others =>NULL;end case;case t is ---十进制数与BCD码一一对应赋值，输出时便于七段显示译码器显示when 0 => C1<="0000";C0<="0000";when 1 => C1<="0000";C0<="0001";when 2 => C1<="0000";C0<="0010";when 3 => C1<="0000";C0<="0011";when 4 => C1<="0000";C0<="0100";when 5 => C1<="0000";C0<="0101";when 6 => C1<="0000";C0<="0110";when 7 => C1<="0000";C0<="0111";when 8 => C1<="0000";C0<="1000";when 9 => C1<="0000";C0<="1001";when 10=> C1<="0001";C0<="0000";when 11=> C1<="0001";C0<="0001";when 12=> C1<="0001";C0<="0010";when 13=> C1<="0001";C0<="0011";when 14=> C1<="0001";C0<="0100";when 15=> C1<="0001";C0<="0101";when 16 =>C1<="0001";C0<="0110";when 17 =>C1<="0001";C0<="0111";when 18 =>C1<="0001";C0<="1000";when 19 =>C1<="0001";C0<="1001";when 20 =>C1<="0010";C0<="0000";when 21 =>C1<="0010";C0<="0001";when 22 =>C1<="0010";C0<="0010";when 23 =>C1<="0010";C0<="0011";when 24 =>C1<="0010";C0<="0100";when 25 =>C1<="0010";C0<="0101";when 26 =>C1<="0010";C0<="0110";when 27 =>C1<="0010";C0<="0111";when 28 =>C1<="0010";C0<="1000";when 29 =>C1<="0010";C0<="1001";when 30 =>C1<="0011";C0<="0000";when others =>NULL;end case;end if;pout(6)<=G1; pout(5)<=clk2 and Y1;pout(4)<=R1; ---东西南北六盏灯对应pout(3)<=G2; pout(2)<=clk2 and Y2;pout(1)<=R2; end if;end process ;end one;六、测试方法与测试结果1、测试仪器：QUARTUSⅡ2、测试方法：FPGA下载验证与仿真验证3、测试结果：满足设计要求以20HZ为基准仿真：仿真结果：C1：显示30减计数的个位C0：显示30减计数的十位POUT(6):东西方向绿灯控制端POUT(5):东西方向黄灯控制端POUT(4):东西方向红灯控制端POUT(3):南北方向绿灯控制端POUT(2):南北方向黄灯控制端POUT(1):南北方向红灯控制端白天●夜间黄灯闪烁（手动控制）●设计满足了1．30秒倒数显示2．两个方向灯的交替3．黄灯在最后3秒闪烁七、讨论该电路基本上满足了设计要求，电路简单，实现容易，节省器件。

课程设计课程名称数字电子技术基础课题名称交通信号灯控制器专业应用物理班级学号课程设计任务书课程名称：数字电子技术题目：交通信号灯控制器专业班级：应用物理0801学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期2011年6月06日星期一设计完成日期2011年6月17日星期五目录一、总体设计 (1)1.基本原理与设计思路 (1)2.总电路图 (3)二、单元电路分析 (4)1.用74LS160计数器构成5、21进制计数器 (4)2.D型锁存器构成控制电路 (6)三、故障分析与电路改进 (8)四、调试体会与总结 (9)五、附录 (10)1.元件器件清单 (10)2.课程设计成绩评分表 (11)一、总体设计1.基本原理与设计思路图1 交通控制灯电路设计& 如图1所示为交通控制电路设计方案图，根据概述中的设计思想及方法来实现下图（图2）的交通指示灯状态转换图中描述的指示灯的转换及每种状态维持的时间（用数码显示管来显示）。

南北向（主干道）绿灯亮时，东西向（支干道）红灯亮。

此时南北向上的车辆允许通行，东西向禁止通行。

绿灯亮足规定时间TL后，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

& 南北向（主干道）黄灯亮时，东西向（支干道）红灯亮。

此时东西向上的车辆禁止通行，南北向上已过停车线的车辆允许通行，未过停车线的车辆禁止通行。

黄灯亮足规定时间TY后，控制器发出状态转换信号ST ，转到下一工作状态。

& 南北向（主干道）红灯亮时，东西向（支干道）绿灯亮。

支干道上的车辆允许通行；绿灯亮足规定时间TL 后，控制器发出状态转换信号ST ，转到下一工作状态。

&南北向（主干道）红灯亮时，东西向（支干道）黄灯亮。

此时主干道上的车辆禁止通行，此时支干道上已过停车线的车辆允许通行，未过停车线的车辆禁止通行。

黄灯亮足规定时间TY 后，控制器发出状态转换信号ST ，转到第一种工作状态。

图2 交通指示灯状态转换图2.总电路图二、单元电路与分析1.用74LS160计数器构成5、21进制计数器图74LS160构成的5、21进制计数器计数器选用74LS160进行设计。

课程设计报告课程设计：交通灯控制器一：实验目的：实现高速公路与乡间小路的交叉路口红绿灯的控制二：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为红灯。

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20S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，也将在给定的时间内保持高速公路绿灯(注：这段时间定义为60S)。

三：设计思路：五：VHDL源程序：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY TrafficLight ISPORT (Clk : IN STD_LOGIC;S,Reset : IN STD_LOGIC;mg,my,mr,cg,cy,cr : OUT STD_LOGIC );END TrafficLight ;ARCHITECTURE rtl OF TrafficLight ISTYPE TrafficState IS (mgcr, mycr, mrcg, mrcy);SIGNAL current_state,next_state : TrafficState ;SIGNAL Count : STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);SIGNAL Clrn : STD_LOGIC ;BEGINCounter : PROCESS(clk)BEGINIF Reset = '1' OR (Clrn = '1' AND NOT(Count = "000000")) THEN Count <= "000000";ELSIF clk'EVENT AND clk = '1' THENIF NOT(s='0' AND current_state = mgcr) THEN Count <= Count + 1;END IF;END IF;END PROCESS Counter;StateTransition : PROCESS(clk,Count, current_state)BEGINIF Reset = '1' THEN next_state <= mgcr;Clrn <= '0';ELSIF clk'EVENT AND clk = '1' THENCASE current_state ISWHEN mgcr => mr<='0';mg<='1';my<='0';cr<='1';cg<='0';cy<='0';IF Count >= "111011" AND S = '1' THEN next_state <= mycr;Clrn <= '1';ELSE Clrn <= '0';END IF;WHEN mycr => mr<='0';mg<='0';my<='1';cr<='1';cg<='0';cy<='0';IF Count >= "000100" THEN next_state <= mrcg;Clrn <= '1';ELSE Clrn <= '0';END IF;WHEN mrcg => mr<='1';mg<='0';my<='0';cr<='0';cg<='1';cy<='0';IF Count >= "010011" OR S = '0' THEN next_state <= mrcy;Clrn <= '1';ELSE Clrn <= '0';END IF;WHEN mrcy => mr<='1';mg<='0';my<='0';cr<='0';cg<='0';cy<='1';IF Count >= "000100" THEN next_state <= mgcr;Clrn <= '1';ELSE Clrn <= '0';END IF;WHEN OTHERS => NULL;END CASE;END IF;END PROCESS StateTransition;PROCESS(clk)BEGINIF clk'EVENT AND clk='1' THENcurrent_state <= next_state;END IF;END PROCESS;END rtl;仿真图如下：六：实验心得：通过本次课程设计，使用进一步熟悉了MAX-PLUSLL这种EDA软件工具。

交通灯控制器的设计与实现一、实验目的1．了解交通灯管理的基本工作原理。

2．熟悉8253计数器/定时器、8259A中断控制器和8255A并行接口的工作方式及应用编程。

3．掌握多位LED显示的方法。

二、实验内容与要求设计一个用于十字路口的交通灯控制器。

1．基本要求：1)东西和南北方向各有一组红,黄,绿灯用于指挥交通,红,黄,绿的持续时间分别为25s,5s,20s。

2)当有紧急情况（如消防车）时，两个方向均为红灯亮，计时停止，当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，正常工作。

3)一组数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间。

2．提高部分：1) 实时修改交通灯的持续时间。

2) 根据不同时段对主要交通方向的信号进行调整。

3) 可以使用LCD显示提示信息。

三、实验报告要求１．设计目的和内容２．总体设计３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明４．软件设计框图及程序清单５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）四、总体设计交通灯的工作过程如下：设十字路口的1、3为南，北方向，2、4为东西方向，初始态为4个路口的红灯全亮。

之后，1、3路口的绿灯亮，2、4路口的红灯亮，1、3路口方向通车，2个路口的LED数码管开始倒计时25秒。

延迟20秒后，1、3路口的绿灯熄灭，而1，3路口的黄灯开始闪烁（1HZ）。

闪烁5次后，1、3路口的红灯亮，同时2、4路口的绿灯亮，2、4路口方向开始通车，2个路口的LED数码管重新开始倒计时25秒。

延迟20秒时间后，2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。

闪烁5次后，再切换到1、3路口方向。

之后，重复上述过程。

当有紧急情况时，2个方向都红灯亮，倒计时停止，车辆禁止通行，当紧急情况结束后，控制器恢复以前的状态继续工作。

在设计中采用6个发光二极管来模拟2个路口的黄红绿灯，每个路口用2个数码管来显示通行或禁止剩余的时间。

紧急情况用一个单脉冲发生单元申请中断来模拟，紧急情况结束后，再发一个中断来恢复以前的状态。

交通灯控制器数电课程设计交通灯控制器是一个常见的数电课程设计项目，下面是一个简单的交通灯控制器的设计方案：1. 需求分析：- 交通灯要能够按照规定的时间间隔不断切换状态。

- 交通灯的状态包括红灯、黄灯和绿灯，分别对应停止、警告和通行状态。

- 红灯、黄灯和绿灯的时间间隔可以根据实际需要进行调整。

2. 设计方案：- 使用数字时钟芯片，如NE555，来生成固定频率的时钟信号。

- 使用多路选择器，如74LS151，来选择不同的灯的状态输出。

- 使用逻辑门电路，如与门和或门，来实现灯的状态切换。

3. 设计步骤：- 使用时钟芯片来产生一个频率为1Hz的时钟信号。

- 使用分频器电路，如74LS90，将时钟信号的频率分为三等份，分别用于控制红灯、黄灯和绿灯的持续时间。

- 使用多路选择器74LS151，根据时钟信号的状态与分频器的控制信号，选择对应的灯输出高电平或低电平。

- 使用逻辑门电路，通过组合逻辑将时钟信号和选择器输出的灯状态进行控制，实现交通灯的状态切换。

4. 硬件设计：- 使用电路实验板、面包板或PCB板等硬件平台进行电路连接。

- 导入时钟芯片、分频器、多路选择器和逻辑门等器件。

- 连接器件之间的引脚，构建交通灯控制器电路。

5. 软件设计：- 使用VHDL、Verilog或其他HDL语言进行交通灯控制器的逻辑设计和仿真。

- 根据交通灯的时序要求设置时钟频率、分频器的初始状态和选择器的状态等参数。

- 通过仿真软件进行功能验证和时序分析，优化电路设计。

6. 实现与调试：- 将硬件连接完成后，使用示波器、逻辑分析仪等仪器对电路进行调试。

- 观察交通灯的状态是否按照预期进行切换。

- 根据实际需要调整各个灯的持续时间和时钟频率等参数，进行效果调试。

7. 总结：- 对交通灯控制器的设计进行总结和评估，包括可靠性、灵活性和可扩展性等方面。

- 提出改进方案，进一步优化交通灯控制器的设计。

注意事项：- 在设计过程中，要遵守相关的电路布线规范和安全操作规程。

交通灯控制器 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解交通灯控制器的基本原理，掌握其电路组成及功能。

2. 学习并掌握交通灯控制器中的基础电子元件及其工作原理。

3. 了解交通灯控制器的实际应用，理解其在交通安全中的作用。

技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的交通灯控制器电路。

2. 学会使用相关工具和仪器进行电路搭建和调试。

3. 提高分析问题和解决问题的能力，通过实践操作培养动手能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发他们探索科学的精神。

2. 增强学生的团队合作意识，培养沟通与协作能力。

3. 培养学生的安全意识，让他们明白遵守交通规则的重要性。

课程性质：本课程为电子技术实践课程，结合理论教学，注重培养学生的动手实践能力和创新思维。

学生特点：考虑到学生所在年级，已有一定的基础知识，具备初步的分析和解决问题的能力，对电子技术有一定的好奇心。

教学要求：在教学过程中，注重理论与实践相结合，鼓励学生积极参与讨论和实践活动，培养他们的自主学习能力和创新意识。

通过课程学习，使学生能够达到上述设定的具体学习成果。

二、教学内容1. 交通灯控制器原理- 红绿灯工作原理及切换逻辑- 时序控制器的基本概念- 电路图解读及元件功能分析2. 基础电子元件- 电阻、电容、二极管、三极管等元件的特性与应用- 传感器及其在交通灯控制器中的作用3. 交通灯控制器电路设计- 电路图的绘制与解读- 元件的选型与连接- 电路搭建及调试方法4. 实践操作- 搭建简单交通灯控制器电路- 编写控制程序，实现交通灯自动切换- 故障排查与电路优化5. 交通灯控制器应用案例- 实际交通场景中的交通灯控制器应用- 交通安全与节能减排的意义教学内容安排与进度：第一课时：交通灯控制器原理，红绿灯工作原理及切换逻辑第二课时：基础电子元件，电路图解读及元件功能分析第三课时：交通灯控制器电路设计，电路图的绘制与解读第四课时：实践操作，搭建简单交通灯控制器电路第五课时：编写控制程序，实现交通灯自动切换，故障排查与电路优化第六课时：交通灯控制器应用案例，讨论交通安全与节能减排的意义教材章节关联：本教学内容与教材中关于数字电路、电子元件、电路设计等相关章节紧密关联，通过本课程的学习，使学生能够将理论知识与实践相结合，提高综合运用能力。

实验11 交通灯控制器的设计（综合设计实验）一、目的、任务……1.巩固和加深学生对电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本课程所学知识的能力。

2.培养学生根据实验需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。

通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。

3.通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件初步掌握复杂实用电路的分析方法和工程设计方法。

4.培养严肃、认真的工作作风和科学态度。

通过综合设计实验，帮助学生逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。

二、设计内容设计一个十字路口交通灯定时控制系统：①主、支干道交替通行，主道每次放行30秒，支道每次放行20秒。

②绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。

③当绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时另一干道上的红灯不变。

④主、支路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。

具体要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。

⑤黄灯亮时，红灯按1HZ的频率闪烁。

⑥要求主、支干通道通行时间及黄灯亮的时间均可在0～99S内任意设定。

三、设计方案该交通灯定时控制系统的组成框图如图1所示。

由状态控制器、状态译码器、减法计数器、秒脉冲发生等组成。

状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯。

秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器实现减计数，控制每一种工作状态的持续时间。

减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。

减法计数器的状态由BCD译码器译码、数码管显示。

在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。

图1 交通灯控制系统原理框图四、单元电路设计1．状态控制器设计（1）交通灯顺序工作流程图如图2所示。

30秒末到5秒末到20秒末到5秒末到图2 交通灯顺序工作流程图(2)状态控制器信号灯四种不同的状态分别用（主绿灯亮，支红灯亮）、S 1（主黄灯亮，支红灯闪烁）、S 2（主红灯亮，支绿灯亮）、S 3（主红灯闪烁，支黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图3所示。

一、实验目的1、掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法2、熟练掌握万用电表、函数信号发生器、数字电路实验箱、示波器的正确使用方法。

3、能识别和正确使用各种所需的集成块、电阻、电位器等，熟悉集成块的管脚功能结构。

4、自行设计实验图、检查和排除故障。

5、掌握调试及电路主要技术指标的测试方法二、设计任务与要求有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十指交叉路口，为确保车辆安全、迅速地行驶，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。

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。

设计一个十字路口交通灯信号控制器，设计要求如下：1、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来的信号，设计制作一个交通灯控制器。

2、由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行的状态，而支干道有车来才允许通行，当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。

而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。

3、当主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行24s，支干道每次放行20s，设立24s,和20s计时显示电路。

4、在每次由亮绿灯转变成亮红灯的转换过程中间，要亮4s的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置4s计时显示电路。

三、设计原理与参考电路1．分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图12、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。

图中：TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。

定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

图12、1 交通灯控制系统的原理框图2．画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。