交通灯控制逻辑电路设计(课程设计)

电工学(少学时)

课程设计

中国人民公安大学

交通灯控制逻辑电路设计

设计要求和技术指标

1、技术指标：设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上

各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。

2.、设计任务与要求

一.基本功能

1．设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；

2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；

3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

二．基本扩展功能

1.信号灯的倒计时

2.进行数字显示

三．特色扩展功能

1.定时控制信号周期。

实际应用：我们灯控路口的每天都存在着低峰时段（如夜间），不需要设置信号灯的周期，以便节省能源。

我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯自动关闭。（第8个周期运行，第1-7个周期停止运行）

实现手动对关闭周期的时间控制。（周期在20和40之间通过开关控制）

2.定时控制信号周期，实现在一个时段内的不对称周期。

实际应用：我们灯控路口的每天都存在着某时段（如两个车道中的一个车道需要长周期），便于交通。

我们设计在一个周期的某一时间段内，将交通信号灯变为不对称的信号（A车道为70秒，B车道为30秒）。暂时设置为（第8个的半个周期（30秒）（自动设置为半个周期）运行，加第7个的上半周期（70秒），形成一个不对称周期。第7个下半周期和1-6个周期正常运行）

目录

一、交通灯的组成 (4)

二、单元电路的设计 (7)

1、秒脉冲发生器 (7)

2、定时器 (8)

3、控制信号发发生器 (10)

4.控制绿灯显示器 (13)

5.控制器 (14)

6、附加功能（1） (17)

7、附加功能（2） (18)

三、体会总结 (14)

四、鸣谢 (16)

五、参考文献 (17)

一．交通灯的组成

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。

TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。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。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

图12、1 交通灯控制系统的原理框图

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图1-2所示

一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：

状态0

支干道

绿灯亮 状态1 支干道 黄灯亮

状态2

主干道

绿灯亮

状态3 主干道 黄灯亮

图1-2

（1）图甲车道绿灯亮，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）甲车道黄灯亮，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，乙车道黄灯亮。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。

（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。

交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定： AG=1：甲车道绿灯亮；

BG=1：乙车道绿灯亮；

AY=1：甲车道黄灯亮；

BY=1：乙车道黄灯亮；

A R=1：甲车道红灯亮；

BR=1：乙车道红灯亮；（A代表甲车道，B代表乙车道，G 为绿灯，Y为黄灯，R为红灯）

由此得到交通灯的ASM图，如图12-2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所

表达的含义。

12-2．画出交通灯控制器的ASM

（Algorithmic State Machine，算法状态机）

二．单元电路的设计（1）秒脉冲发生器

脉冲信号发生器直接由集成元件。

（2）定时器

定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号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。

计数器选用集成电路两个74LS190D进行设计。74LS190是10位二进制同步计数器，它具有清零、置数的功能。74LS190D的外引线排列图和时序波形图如图12、4所示，其功能表如表12、2所示。190 的预置是异步的。当置入控制端（LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变。

190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端