电子技术课程设计报告--交通灯控制系统

交通信号灯控制系统设计报告

一．实验目的

1. 掌握综合应用数电理论知识和中规模集成电路设计方法

2. 掌握调试及电路主要技术指标的测试方法。

3 了解交通灯管理的基本工作原理。

二、交通灯控制器任务及要求

1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态

用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。

2、能实现正常的到计时功能

用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）60秒，支干道每次放行（绿灯）45秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯5秒作为过渡。

3、能实现特殊状态的功能（选做）

（1〉按sl键后，能实现特殊状态功能：

（2）显示到计时的两组数码管闪烁；

（3）计数器停止计数并保持在原来的状态：

（4）东西、南北、路口均显示红灯状态：

（5）特殊状态解除后能继续计数。

4、能实现总体清零功能：按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。

5、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。

三．比较和优选设计方案

1．方案1：利用单片机来设计

1） 显示界面

该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。

完全采用数码管显示。这种方案虽只显示有限的符号和数码字苻，但是完全胜任题目要求。

2）输入 ：

题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理。直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。

由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用。

3）输出： 控制发光二极管，来表示红绿灯的亮灭，及山烁。

系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。

方案2： 利用中规模集成芯片来实现。其中信号灯的亮灭有三种可选方案：

1）利用74LS161：

2）利用存储器：

3）利用扭环循环控制。

方案选择：由于这次实验是电工电子实验。利用方案1不太满足要求。方案2中利用扭环循环控制信号灯的亮灭，不容易实现特殊功能状态；利用存储器需要对芯片编码，有时会出现编码混乱的情况，这样会造成电路检测的不便。因此选用161控制信号灯的亮灭，较为合适。

四．系统框图及说明：

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下图所示。它主要由计时电路、主控电路、信号

灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS192来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器(4片7448)来控制数码显示器显示，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。

2、信号灯转换器

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种

，如图1-2所示

信号灯状态与车道运行状态如下：

S0：支干道车道的绿灯亮，车道通行，主干道 车道的红灯亮，车道禁止通行。

S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，主干道 车道的红灯亮，车道禁止通行。

S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，主干道 车道的绿灯亮，车道通行。

S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，主干道 车道的黄灯亮，车道缓行。 G1=1：主干道绿灯亮

Y1=1：主干道车道黄灯亮

R1=1：主干道车道红灯亮，

G2=1：支干道车道绿灯亮

Y2=1：支干道车道黄灯亮

R2=1：支干道车道红灯亮，

显然，这是一个二位二进制计数器。可采用中规模集成计数器74LS161加法计数器构成状态控制器，电路如图1-4。 主干道红灯闪烁

支干道黄灯亮

（5进制计数器计数减1）

主干道红灯亮

支干道绿灯亮

（25进制计数器计数减1）

主干道黄灯亮

支干道红灯闪烁

（5进制计数器减1）

主干道绿灯亮

支干道红灯亮

（45进制计数器减1）

图1-3信号灯的工作顺序流程

图1-4 用中规模集成计数器74LS161构成状态控制器

表一 74LS161的功能表

3．状态译码器的设计

主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真值表1。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。

表1-2 状态编码与信号灯关系表

电路接法如下：状态控制器输出 主干道信号灯 支干道信号灯

QB QA R1 Y1 G1 R2 Y2 G2

0

0

1

1 0

1

0

1 1

1

0

0 0

0

1

0 0

0

0

1 0

0

1

1 1

0

0

0 0

1

0

0

现选择半导体发光二极管模拟交通灯， 门电路输出高电平时，点亮相应的发光二极管。

4．主干道计时电路

1)原理：通过74LS192(2片) 采用串行异步整体置数级连和下一个状态的相应控制来分别实现60秒、5秒、50秒。通过7448（2片）译码器和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。

2).原器件的选择及参数：

若选集成计数器74LS192（2片），采用异步整体置数。译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。

表1-3 7448状态表

注：本系统设计用的是74LS192计数器（0-9），因此7447的后面几个状态没必要写出。

表1-4状态编码与时间关系表

开关(s) A B C 时间（T）

1 1 0 0 60

2 0 1 0 5

3 0 0 1 50

3).电路接法如下：

注：此分电路很重要、尤其在对时间的控制上、红灯显示时间=支干道绿灯显示时间+支干道黄灯显示时间、否则会出现交通混乱现象。另外、3个开关（s1,s2,s3）在分图的连接中作为选择时间，而在总图中，应该连接到相应的显示灯上。

5． 支干道计时电路

1)原理：

通过74LS192(2片) 采用串行异步整体置数级连和下一个状态的相应控制来

分别实现45秒、5秒、65秒。通过7448（2片）译码器

和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。

2).原器件的选择及参数：

若选集成计数器74192（2片），采用异步整体置数。译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。基本上与主干道计时电路一样。

3).电路接法如下：

注意：

十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，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”，

十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步

某方向的工作循环。

倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。

预置数（即车的通行时间）功能：红绿灯接

分别接十位数74192芯片的D、C、B、A端和个位数74192芯片

的D、C、B、A端。

6．.秒脉冲发生器

产生秒信号的电路有多种形式，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频,所以图7是利用555定时器组成的秒信号发生器。因为该电路输出脉冲的周期为：CRRT)2(7.021。若T=1S，令C=10f，R1=39K，则KR512。取固定电阻K47与K5的电位器相串联代替电阻R2。在调试电路时，调试电位器RP，使输出脉冲为1s。

表三 555定时器的功能表

图8 秒脉冲发生器原理图

7.定时系统

本次设计需要设定45，65，5，50，60秒五个不同的时间，由于74LS192本身具有异步置数的功能，所以本次设计直接利用状态控制器的脉冲，用主支干道的信号进行置数，节省了信号的传输时间。

表四 减法计数器74LS192的功能表

清零端DR 高触发端TH 低触发端TL Qn+1 放电管T 功能

0   0 导通 直接清零

1 CCV32 CCV31 0 导通 置0

1 CCV32 CCV31 1 截止 置1

1 CCV32 CCV31 Qn 不变 保持

图9 减法计数器的置数示意图

计数器的置数示意图

8.数字译码管的显示电路

本次设计采用74LS48共阴极驱动数码管，节省了电阻的使用。

9.紧急状态运行电路

在任何情况下按下紧急开关，四个方向的交通灯只有红灯亮，并且数码管停止倒计时，整个系统处于暂停状态。弹开开关，交通信号系统恢复正常，数字显示继续倒计时计数。

原理分析：紧急开关的有效端直接接入红灯二极管的阴极，其他灯分别接入与非门控制。另一端通过与门接入倒计时74LS192的减计数脉冲输入端，控制芯片的工作状态。

10．整个交通灯控制系统的布局

五、调试过程实现及设计功能实现

1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，6个交通灯。但由于每2个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制， 为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1个时间显示器。

2．在做实验之前，我便把电路图接好了。实验时，先检查需要的元件是否齐全。并了解熟悉工具的使用。

3．检测元器件是否可以使用。为了避免整个电路图连好后检测的困难，我们通过边连接边检测的方法，这样可以做到每一块的电路连接的成功。为以后的检测提供了良好的条件。