交通信号灯控制电路的设计与仿真

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。

基于EDA的交通信号灯电路的设计与仿真传统的交通信号灯控制电路的设计是基于中、小规模集成电路，电路元件多、焊接复杂、故障率高、可靠性低，而且控制系统的功能扩展及调试都需要硬件电路的支持，为日常维护和管理增加了难度。

目前很多城市的交通信号灯还是应用传统的电路设计，一旦交通信号灯出现故障，不能及时维修和处理，势必会造成道路的交通混乱。

通过技术的改进，采用基于EDA技术的交通信号灯控制电路弥补了传统设计中的缺点，通过VHDL语言编写系统控制程序，利用软件控制整个系统的硬件电路，还可以利用EDA集成开发环境对交通信号灯的设计进行仿真，验证设计结果是否实现。

改进后的交通信号灯电路组成元器件少，可靠性高，操作简单，实现可扩展功能。

1 交通信号灯控制电路1.1 交通信号灯工作原理基于FPGA的交通信号灯控制电路主要用于甲乙两条车道汇合点形成的十字交叉路口，甲乙两车道各有一组红、黄、绿灯和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序的通行。

两组红绿灯分别对两个方向上的交通运行状态进行管理，红灯亮表示该道路禁止通行，黄灯表示停车，绿灯表示可以通行;倒计时显示器是用来显示允许通行或禁止通行的时间，以倒计时方式显示交通灯闪亮持续时间。

为每个灯的闪亮状态设置一个初始值，指示灯状态改变后，开始按照初始值倒计时，倒计时归零后，灯的状态将会改变至下一个状态。

交通灯两车道的指示灯闪亮状态是相关的，每个方向的灯闪亮状态影响着另一个方向的指示灯闪亮状态，这样才能够协调两个方向的车流。

甲乙两车道交通灯工作状态如表1所示，其中“1”代表点亮，“0”代表熄灭。

当甲车道绿灯亮时，乙车道对应红灯亮，由绿灯转换红灯的过渡阶段黄灯亮。

同理，乙车道绿灯亮时，甲车道的交通灯也遵循此规则。

当出现特殊情况时，各方向均亮红灯，倒计时停止，特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续运行。

1.2 交通信号灯电路结构根据交叉路口交通灯工作原理，图1为交通信号灯控制电路的原理图。

唐山学院《电子技术》课程设计题目交通信号灯控制电路的设计与仿真系 (部) 信息工程系班级 10电气自动化1班姓名崔涛学号 3100217138 指导教师王蕾成凤敏2012年1月2日至 1月6 日共1周2012年1月6日目录1 引言 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计背景 (1)2 设计原理 (3)3 总体设计 (4)3.1单元电路设计 (4)3.2时序仿真结果 (12)4 设计总结 (15)参考文献 (16)附录1器件明细表 (17)附录2 仿真电路图 (18)1 引言1.1设计目的通过一个学期的电子技术的学习,对一些电气原件有了初步的认识 ,这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识,通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况.通过制作来了解交通灯控制系统,了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用.交通灯控制系统主要是实现城市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,在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序,这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理.本次的设计就是基于此目的进行的.设计交通信号控制灯要求某方向绿灯点亮20秒,然后黄灯点亮4秒,最后红灯点亮24秒.在该方向为绿灯和黄灯点亮期间,另一方向红灯点亮. 如果以4秒作为时间计量单位,则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5:1:6.从点亮要求可以看出,有些输出是并行的:如南北方向绿灯亮时,东西方向红灯亮;南北方向黄灯亮时,东西方向红灯亮;南北方向红灯亮时,东西方向绿灯亮;南北方向红灯亮时,东西方向黄灯亮.信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟.夜间工作方式南北东西各方向黄灯亮,且每秒闪动一次.其它灯不亮.要求设置一个手动开关,用它控制白天和夜间工作方式.1.2设计背景随着世界范围内城市化和机动化进程的加快,城市交通越来越成为一个全球化的问题.城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求,道路堵塞日趋加重,交通事故频繁,环境污染加剧等问题普遍存在.目前,全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象,交通事故频发,这给人民的生命财产安全带来了极大的损失.如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声.探究城市交通发展中存在问题的原因,无论是从宏观上还是从微观上分析,其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应.城市交通控制系统(UTC ,Urban Traffic Control Syste米)是现代城市智能交通系统(IDJ ,Intelligent transport syste米)的组成之一,主要用于城市道路交通的控制与管理.城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一,是提高交通管理效能的重要技术手段.路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备,它是交通信号控制的重要组成部分.各种交通控制方案,最终都要由路口信号控制器来实现.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥.伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断增加.米ultisi米10是一款知名的EDA仿真软件,由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本.在Windows环境下,米ultisi米10软件有一个完整的集成化设计环境,它将原理图的创建、电路的测试分析、结的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中.在搭建实际电路之前,采用米ultisi米10仿真软件进行虚拟测试,可使实验方法和实验手段现代化,扩展实验容量,使实验内容更完备,提高了实验效率,节省大量的实验资源.米ultisi米10软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动米ultisi米10仿真.因此本次课设能深入了解交通信号灯的应用原理,更好的掌握所学知识,将理论联系实际,而且在实际操作中培养自己的实际动手能力,将理论应用与实际生活中.2 设计原理设计交通信号控制灯要求白天的工作方式如图2-1:图2-1 信号指示灯白天点亮流程图夜晚的工作方式是:南北东西各方向黄灯亮,且每秒闪动一次,其他灯不亮,因此总的设计框图如图2-2:图2-2 整体电路设计框图根据交通灯的性能要求以及整体电路图,设计本次课程设计的交通灯电路.3 总体设计3.1 单元电路设计3.1.1 秒脉冲产生电路由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时,所以需要设计秒脉冲产生电路.秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路,它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路,也可以是用定时器555和电阻、电容组成的多谐振荡器.为了电路简单和调节振荡周期方便,选择用555定时器组成多谐振荡器.555定时器原理及内部结构如图3-1(a )和(b )所示.振荡周期与频率的计算公式为:T=(R 1+2R 2)Cln2=0.7(R 1+2R 2)C,电源电压为Vcc=5V,其中电路图中C 2的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响,一般选用0.01μF 的瓷片电容.再次课程设计中要求输出T=1S,选取电容为C=1μF ,R 1=360kΩ,根据振荡周期计算,选择电阻R 2=560k Ω.当元件选取完成后,根据电路原理图连接电路(如图3-2所示)既可.在米ultisi 米中进行仿如图3-3:(a)(b)图3-1 555定时器原理及内部结构图3-3 555多谐振荡器仿真图经计算可得:T=1.036S,这与要求相符.3.1.2 十二进制计数器由信号灯白天点亮流程图可以得知,任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制(绿、黄、红时间比例为5:1:6),因此需要设计十二进制计数器,循环工作控制白U2LM555CMGND 1DIS 7 OUT 3RST 4 VCC8 THR 6 CON5 TRI 2 R1 360¦¸ R2 560¦¸ C2 1uFC3 10nFXSC1ABExt Trig++__+_1图3-2 仿真信号电路原理图天信号灯的点亮.因此,用移位寄存器组成十二进制计数器,拟选用8位串入并出移位寄存器74LS164.用74LS164组成的12进制扭环型计数器电路 ,其电路图如图3-4所示.3.1.3 分频器电路的设计上述十二进制计数器的时间单位为4秒,即它的CP 脉冲为4秒.为了使整体电路工作步调一致,4秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得,这就需要设计一个4分频器电路.秒脉冲经4分频后得到4秒脉冲,将其作为十二进制计数器的CP 脉冲.本次课程设计使用两个D 触发器组成4分频器电路.74LS74是内有两个D 触发器的TTL 集成电路,将每一触发器接成触发器,两级串联就实现4分频,即输入1S 脉冲,输出4S 脉冲.在米ultisi 米中四分频的电路原理图3-5所示,4分频电路输出波形如图3-6所示:CCV R图3-5 四分频的电路原理图图3-4 74LS164电路图图3-6 4分频器电路的输出波形从图中可以看出由555定时器组成的多谐振荡器将1S脉冲输送给2分频D触发器,两级串联就实现4分频,即输入1S脉冲,输出4S脉冲.由示波器得T=4.095S,这与要求相符.3.1.4 直流稳压电源信号灯采用三极管9031驱动,其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力,直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源.故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要.电源电压采用直流5V,通过变压器将室电降压到交流9V,在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压.直流稳压电源的设计电路如图3-7所示.在米ultisi 米中进行仿真如图3-8:如图3-8所示通过变压器将市电降压到交流9.135V ,在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流4.979V 电压,在允许范围与要求相符.3.1.5 信号灯驱动电路的设计本次课程设计选择使用基本共射放大电路对发光二极管进行驱动,使其点亮.其T1D13N25012 43 C3 1mFU18 LM7805CT LINE VREG COMMON VOLTAGE V1 220 Vrms 50 Hz 0°XMM1XMM2图3-7 直流稳压电源原理图LR 1mF图3-8 直流稳压电源的仿真图。

交通灯信号控制器仿真设计08机电2班 张丽云 08111160411.前言城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。

交通信号灯的出现，使交通得以有效地管制，对于疏导交通、减少交通事故有明显的效果。

现有2条主干道汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红、黄、绿3色组成。

红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。

要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车由表1可以得出信号灯状态的逻辑表达式：A G =n Q 1n Q 0 A Y =n Q 1n Q 0 A R =nQ 1B G =n Q 1n Q 0 B Y =nQ 1n Q 0 B R =n Q 1由特性方程：10+n Q = n Q 1n Q 0+n Q 1n Q 011+n Q = n Q 1n Q 0+n Q 1n Q 0 1+n Q = J n Q +K n Q可得 0J =n Q 1，0K =n Q 1；1J =n Q 0，1K =nQ 0要实现45s 的倒计时，需选用两个74190芯片级联成一个从99到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK 接秒脉冲发生器，再把个位数74190芯片输出端A Q 、D Q 用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK 端。

当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的A Q 、D Q 同时由0变为1，把A Q 、D Q 与起来接在十位数74190芯片的CLK 端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

预置数功能功能：用8个开关分别接十位数74190芯片的D 、C 、B 、A 端和个位数74190芯片的D 、C 、B 、A 端。

预置数的范围为1~99。

交通信号灯控制器的设计与仿真摘要：1、当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。

因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给技术革新。

随着萨规模的集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现在科技发展的主流方向。

2、交通信号灯是日常生活中遇到的一个普通实例，它的控制也颇具典型和实用价值。

由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，这里设计的是由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全和迅速的通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、黄、绿三色LED信号灯，依据红灯停绿灯行黄灯亮了等一等的规律工作。

同时在每个入口设置了与红灯同时工作的蜂鸣器，以方便盲人通过。

本设计是采用计数器74160N和与门、或门、非门等简单元器件完成的，通过multisim软件仿真验证了电路的功能，运用protel软件对电路进行了封装，布线和制成3D电路板。

关键词：交通灯; 干道; 蜂鸣器; 计数器; LED1、设计任务与要求1.设计任务为实现交通控制的自动化，交通信号灯控制器可以通过多种电路实现，但用中小规模数字集成电路实现更为方便，下面是十字路口交通信号灯控制器的设计与仿真的实例。

由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，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、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。

2.技术指标a.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。

b.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。

基于Proteus的智能交通灯设计与仿真实现智能交通灯是一种通过传感器和智能控制系统实现交通信号灯的智能化管理，能够根据交通流量和道路状况进行智能调控，以提高交通效率和减少交通堵塞。

本文将基于Proteus软件进行智能交通灯的设计和仿真实现。

首先，我们需要明确智能交通灯的基本功能和设计要求。

智能交通灯主要需要实现以下功能：1.根据交通流量进行智能控制。

通过传感器检测道路上的交通流量，智能交通灯可以根据实时的交通情况智能地调整信号灯的时间，以提高交通效率。

2.考虑不同道路的优先级。

在交叉路口附近，智能交通灯需要根据不同道路的优先级来调整信号灯的时间，以确保交通的顺畅和安全。

3.考虑行人的过马路需求。

智能交通灯需要合理地安排行人的过马路时间，以保证行人的安全和顺畅。

接下来，我们将使用Proteus软件进行智能交通灯的设计和仿真实现。

Proteus是一款电子电路设计和仿真软件，可以用来模拟和验证电子电路的性能和功能。

首先，我们需要设计智能交通灯的硬件电路。

在Proteus中，我们可以使用元器件库中的LED灯和开关等元件来构建交通灯的电路。

同时，我们还需要添加传感器来检测交通流量和行人的需求。

在设计电路的过程中，我们需要考虑不同道路的优先级和行人的过马路需求。

根据道路的优先级，我们可以设置不同道路对应的信号灯的亮灭时间。

同时，我们还可以设置传感器来检测行人的需求，以在需要的时候提供行人过马路的时间。

完成电路设计后，我们可以使用Proteus中的仿真功能来验证电路的性能和功能。

在仿真过程中，可以模拟不同道路的交通流量和行人的过马路需求，以观察交通灯是否能够根据实时情况进行智能调控。

在仿真过程中，我们可以观察交通灯的状态变化和信号灯的亮灭时间，以评估交通灯的性能和效果。

如果发现问题，我们可以对电路进行调整和优化，以提升交通灯的智能化管理能力。

总结起来，基于Proteus的智能交通灯设计和仿真实现是一种高效且可靠的方法。

交通灯信号控制器仿真设计交通灯信号控制器是城市道路交通管理系统中的重要组成部分，通过控制交通信号灯的变换来指挥车辆和行人的通行，以确保交通有序、安全、高效。

为了提高交通信号控制器的性能和稳定性，通常会进行仿真设计来对其进行优化和测试。

本文将介绍交通灯信号控制器的仿真设计过程，并详细讨论其原理和实现方法。

一、交通灯信号控制器的原理在城市道路交通中，交通灯信号控制器需要根据路口的车流量和行人需求来确定每个方向的绿灯时间，以实现交通的高效通行。

同时，还需要考虑到不同时间段交通流量的变化，灵活地调整交通信号的变换时间，以达到最佳的交通控制效果。

二、交通灯信号控制器的仿真设计方法1.确定仿真目标：首先需要明确交通灯信号控制器的仿真目标，包括优化绿灯时间、减少等待时间、提高交通效率等指标。

根据这些目标，确定仿真模型的概要设计和实现方法。

2.建立仿真模型：根据交通灯信号控制器的原理和实际运行情况，建立相应的仿真模型。

这包括车辆和行人的动态模型、交通信号灯的工作模式、路口的拓扑结构等方面。

3.设定仿真参数：确定仿真所需的参数，包括车辆流量、行人需求、信号灯变换时间、路口长度等。

根据实际情况，设定合理的参数范围，以确保仿真结果的准确性。

4.编写仿真程序：利用仿真软件或编程语言，编写交通灯信号控制器的仿真程序。

根据建立的模型和设定的参数，模拟不同情况下的交通流量和信号控制效果，评估控制器的性能和稳定性。

5.优化设计方案：根据仿真结果，对交通灯信号控制器的设计方案进行优化和改进。

可以调整绿灯时间、增加延时器、改变信号灯的配时等方法，以提高交通控制效果。

6.验证仿真结果：对优化后的设计方案进行验证，检验其效果和可靠性。

通过对比仿真结果和实际数据，评估交通灯信号控制器的性能和稳定性。

三、交通灯信号控制器的仿真设计案例以市中心的交通路口为例，设计一个交通灯信号控制器的仿真方案。

该路口存在车辆和行人的交通需求，需要根据不同时段的交通流量来控制信号灯的变换，以确保交通有序通行。

1.引言在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。

交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，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。

交通信号灯的设计涉及到模拟电子技术与数字电子技术。

其中，绝大部分是数字部分：逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、分频器，计数器等基本原理。

交通信号灯的设计包含了计数器，十二进制数的概念。

交通信号灯的设计与制作不仅加深了对数字电路的了解，而且由于交通信号灯包括组合逻辑电路和时叙电路，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，为数字电路的制作提供思路。

本系统采用小规模集成电路构成交通信号灯控制电路的硬件电路，由555定时器产生秒脉冲，经过双D触发器构成的T’触发器进行分频产生四秒脉冲信号，将其作为十二进制计数器的CP脉冲。

而十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。

最后用电路仿真软件Multisim绘制出交通信号灯控制电路的完整电路图，并对其各部分进行仿真、调试。

2.交通信号灯概述交通信号灯的逻辑框图如图2-1所示。

它由555集成芯片构成的振荡电路产生秒脉冲、分频器、十二进制计数器、组合逻辑电路、LED灯和直流电源组成。

555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为四秒脉冲，四秒脉冲送入计数器，计数结果通过逻辑电路的与或非的变换从而使南北向和东西向的红黄绿灯按着要求变化。

图2-1 交通信号灯的逻辑框图3.基本设计内容及要求3.1信号灯白天工作要求某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。

在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。