(完整版)交通信号灯控制电路设计.pdf

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1、应天职业技术学院毕业论文目录目录1 1综述综述2 21.11.1 设计任务设计任务.3.31.21.2 基本要求基本要求.3.32 2工工 作作 原原 理理.4.42.12.1 整体方框图整体方框图.4.42.22.2 整机工作原理整机工作原理.5 53 3分机电路设计与计算分机电路设计与计算5 53.13.1 秒信号产生器秒信号产生器.5.53.23.2 状态控制器设计状态控制器设计.6.63.33.3 状态译码器状态译码器.7.73.43.4 定时系统定时系统.8.83.53.5 元件功能介绍元件功能介绍.10.104 4整机电原理图整机电原理图.14.145.5.调试要点调试要点.15.

2、156 6 元器件清单元器件清单16167 7 总结总结16168 8参考资料参考资料.17.171应天职业技术学院毕业论文摘要随着现代城市交通的日益拥挤，一个有效的交通指挥系统对人们的安全出行、交通流量的提升和出行效率的提高日见重要，交通灯指挥系统是这一指挥系统最基层、分布面最广的重要组成部分之一。本课程设计就交通灯控制电路的一个实用方案作了详细的分析与设计，它结合我们在校所学的模拟电子、数字电子、计算机等有关学科的知识，并参考了许多实用的参考方案，在此基础上，综合利用了数字逻辑功能这一强大工具，引入了电子设计自动化技术，还运用了 protel 软件等手段来完成电路方案及 PCB 印制板的设

3、计。本设计方案比较新颖，巧妙地采用了 8 总线收发器和可预制可逆计数器，使设计更灵活，而且还设置了完整的倒计时功能设计，因而控制和显示方案具备，更主要的优点是功能已接近软件设计，可按需要较容易地变化通行时间或扩展功能，本文所设计的方案完善，具有较好的实用价值。关键词状态控制器定时系统秒脉冲发生器译码器计时器2应天职业技术学院毕业论文前言随着我国城市化建设的发展，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入了寻常老百姓的家庭，再加上政府大力发展公交车、出租车，使得道路上车辆越来越多，许多大城市如北京、上海、南京等均出现了道路交通超负荷运行的情况。所以，如何采用合适的控制方法，越来越成为交通运输管理

4、和城市规划部门亟待解决的主要问题。在这种情况下，道路交通信号灯开始发挥了越来越重要的作用，并已成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通控制器的设计有采用软硬件两种方案。一般来说，采用软件的方案可通过编制程序的方法灵活满足各种用户的要求，不需要改变硬件结构，但成本相对要高一些；而采用数字电路的硬件方案也能较好地满足要求，且各种实现的方案也很多，但硬件的方案往往随设计参数要作一定的变化，所以灵活性较差。这次毕业设计我采用数字电路的设计方案，以便更好地巩固在校所学的知识，将理论应用于实践。在以往交通控制器的方案选择中，采用移位寄存器的方案较多，本设计方案比较新颖，采用8 总线收发器和可预制可逆计数器

5、，使参数按设计需要变更更灵活，而且还设置了完整的倒计时功能设计，因而控制和显示方案具备，具有很好的实用价值。1 1综述综述1.11.1 设计任务设计任务设计一个十字路口交通灯信号控制器，控制车辆安全快速的通过。1.21.2 基本要求基本要求为了确保车辆安全快速的的通行，在十字交叉路口的每个入口处设置红，绿，黄三种信号灯，并安装时间数字时间显示，来达到下列的基本要求：红灯表示禁止通行，绿灯表示允许通行，黄灯提醒司机把车辆停靠在禁行线以内。东西，南北各干道交替通行，各干道放行 30 秒3应天职业技术学院毕业论文 当绿灯即将变为红灯时，黄灯开始闪烁 2 秒 十字路口的数字时间显示以秒为单位，使人们能

6、够直观地把握时间。2 2 工作原理工作原理2.12.1 整体方框图整体方框图交通灯信号控制器的控制方案图如下：译码显示器南北干道信号灯减法计数器状态译码器置数控制秒脉冲发生器表.交通灯控制方案图由上面的方案图可以看出各部分的作用如下：秒脉冲发生器用来产生秒信号，置数控制和减法计数器共同构成倒计时装置，减法计数经译码显示器将实时显示时间，提供行人直观的时间概念。而状态控制器的作用是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，使某种状态持续一段时间，而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下一个工作状态决定计数器下一个减计数器的初始赋值，从而进入

7、下一个工作4东西干道信号灯交通灯控制器状态控制器应天职业技术学院毕业论文状态，如此不断循环。2.22.2 整机工作原理整机工作原理交通灯工作流程表如下：表 2.2 交通灯工作流程表工作次序1234由上表可以看出，此交通灯应该有 30s、32s 和 2s 三种定时信号，因此定时显示电路也应该设计三种定时情况，定时采用倒记时的方式，这里可以用二-十进制计数器，这里我们用 74LS192 同步加减计数器及二进制/十进制可异步置数的 CD4029 可逆计数器来完成计数功能，并通过数码管显示出来。定时的起始信号由状态控制电路给出，当一种定时时间结束的信号输入到状态控制电路时，由控制电路去启动、关闭三色交

8、通灯或启动另一种倒计时电路。状态控制电路属于时序逻辑电路，应该按照时序逻辑电路的设计方法设计。它的输入信号来自 30s、2s、32s 三个定时信号。其输出信号一方面经译码后分别控制东西干道和南北干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路的启动。南北干道绿灯亮，允许通行黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行红灯亮，禁止通行东西干道红灯亮，禁止通行红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行黄灯亮，停车时间30s2s30s2s3 3分机电路设计与计算分机电路设计与计算3.13.1 秒信号产生器秒信号产生器产生秒信号有各种形式的电路，在这里我们利用555 定时器组成秒脉冲发生器，其电路图如图 3.1 所示：5应天职业技术学院

9、毕业论文如右图电路的输出脉冲的周期为：T0.7（R1+2R2）C，若 T=1s，令 C=10F，84R1=3k，则 R251 k。在这里我们可以用固定秒脉冲信号15电阻 47 k和 5 k的电位器相串联代替电阻 R2。然后图 3.1 秒脉冲发生器通过调节电位器来确定输出脉冲的周期为 1 秒。3.23.2 状态控制器设计状态控制器设计根据表 2.2 交通灯工作流程表可以画出具体的交通灯顺序流程图如下表 3.2.1：表 3.2.1 交通灯顺序流程图南北干道绿灯亮，东西干道红灯（30 进制计数器减一）南北干道黄灯亮，东西干道红灯亮（2 进制记数器减一）南北干道红灯亮，东西干道绿灯亮（30 进制记数器

10、减一）南北干道红灯亮，支干道黄灯亮（2 进制记数器减一）由上边的流程表可以看出，信号灯有四种不同的工作状态，在这里我们可以用S0(南北干道绿灯亮，东西干道红灯亮)，S1(南北干道黄灯亮，东西干道红灯亮），S2(南北干道红红灯亮，东西干道绿灯亮），S3(南北干道红灯亮，东西干道黄灯亮）表示，四种工作状态的状态编码以及状态图如图 3.2.26应天职业技术学院毕业论文3.2.2 工作状态编码的状态图S0=00由上图很容易看出这是一个二进制计数器的状态图，因此我们只需要采用一个二进制计数器就可以完成交通灯四种工作状态的转换，在这里我们采用了CD4029 构成状态控制器，其电路图如 3.2.3 所示：S

11、1=01S2=10S3=11Q2Q111Q4Q3Q2CD4029Q1U/DB/D+5PECPCI/SGND图 3.2.3交通灯状态控制器3.33.3 状态译码器状态译码器有了上面状态控制器用数字信号控制了交通灯的四个工作状态，我们就需要设计一个译码器，将数字信号转化为南北、东西干道信号灯的状态显示出来，而信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。对于信号灯的状态，可以“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，这时信号灯的状态与状态控制器之间的关系见真值表 3.3.1表 3.3.1 信号灯真值表状态控制器输出Q2南北干道信号灯东西干道信号灯Q1R（红）Y（黄）G（绿）r（红）y（黄）g（绿）7应天职业技

12、术学院毕业论文00110101001101001000110000010010根据上面的真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为：R=Q2Q1+Q2Q1=Q2R=Q2Y=Q2Q1Y=（Q2Q1）G=Q2Q1G=（Q2Q1）r=Q2Q1+Q2Q1=Q2r=(Q2Q1)y=Q2Q1y=(Q2Q1)g=Q2Q1g=(Q2 Q1)根据上面的逻辑表达式，可以设计出状态译码器，如果在找几个发光二极管我们就可以将交通灯的状态显示出来，由于电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，要求当门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管，即为低电平有效。状态译码器的电路组成如图 3.3.2：图 3.3.2 交通灯状态

13、译码器+5v220220RLEDYLEDGLEDRLEDYLEDGLED1&1&R&YY&GGRQ2Q13.43.4 定时系统定时系统8应天职业技术学院毕业论文该定时系统由定时器，时间状态显示器等部分组成，其中定时器由两片定时器由两片 CD4029CD4029 构构成的二位十进制可预置减法计数器完成；成的二位十进制可预置减法计数器完成；时间状态由两片 74LS47 和两只 LED 数码管对减法计数器进行译码显示；预置到减法计数器的时间常数通过两片两片 8 8 路双向三态门路双向三态门74LS24574LS245 来完成来完成。根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，

14、以完成 30s，2s 的定时任务。将 30，2，两个不同的数字接到两片 74LS245的输入端，任一输入数据到减法计数器的置入由状态译码器的输出信号控制不同任一输入数据到减法计数器的置入由状态译码器的输出信号控制不同74LS24574LS245 的选通信号来实现。的选通信号来实现。例如当状态控制器在 S1（Q2Q1=01）或在S3（Q2Q1=11）时，要求减法计数器按初值2 开始计数，故采用S1，S2 为逻辑变量而形成控制信号 Q1去控制输入数据接数字 2 的 74LS245 的选通信号。由于 74LS245 选通信号要求低电平有效，故 Q1 一极反相器后输出接相应 74LS245 的选通信号

15、。同理，输入数据接 30 的三态门 74LS245 的选通信号接南北方向绿灯信号 G：输入数据接 30 的三态门 74LS245的选通信号接东西方向红灯信号 R。所设计的定时系统如图 3.4.1 所 示：3.4.1 定时系统电路图9应天职业技术学院毕业论文DPYafegdL EDgnbcfeDPYagdL EDgnbc1 2 3 4 5 6 7LTab cd efg74LS47LTBI/RBORBIDCBI/RBOA VssRBIDCB50515253505152GND53GND50515253505152B/D53541 2 3 4 5 6 7ab cd efg74LS47BA VssB/D

16、U/D54J1J2J3J4PECPC VLssSGNDJ1J2J3J4PECPC VLssCOCD4 029U/DHEADE R 3COCD4 029SGND1计数器信号输出=1D?D?B8B7B6B5B4B3B2B174LS24 5ENB8B7B6B5B4B3B2B174LS24 5ENA1A2A3A4A5A6A7A8Vss+5VR/GSGND+5VSGNDA1A2A3A4A5A6A7A8VssY秒脉冲信号3.53.5元件功能介绍元件功能介绍3.5.13.5.1CD4029CD4029 功能介绍功能介绍CD4029 是一 CMOS 电路二进制/十进制可异步置数的可逆计数器，其功能更强。它的管

17、脚排列图如左图所示，功能表见下表。10应天职业技术学院毕业论文CD4029 的功能表输入CICPB/DU/DPE1 X X X 00 1 1 00 0 1 00 1 0 00 0 0 0X X X X 1输出Q0Q3保持不变二进制加计数十进制加计数二进制减计数十进制减计数置数3.5.2 74LS2453.5.2 74LS245 功能介绍功能介绍74LS245 是一种三态输出的 8 总线收发器，其逻辑电路图和引脚图如图 1.8（a）、（b）所示。该收发器有 16 个双向传送的数据端，即 A1A8，B1B8，另有两个控制端使能端 G，方向控制端 DIR，该芯片的功能见下表。74LS245 的真值表

18、使能 GL方向控制 DIR传送方向BAL11应天职业技术学院毕业论文LHHX AB隔开3.5.33.5.3NE555NE555 定时器功能介绍定时器功能介绍VC CD IS7TH63VcNE555定81545555552G N DTR IGO U TR时器的引脚图如左图所示，其功能表如下表NE555 定时器功能表输入输出阈值输入（V11）触发器输入（V12）复位（RD）输出（Vo）放电管 TX2/3Vcc2/3Vcc2/3VccX1/3Vcc1/3Vcc1/3Vcc0111010不变导通截止导通不变74LS47 的外引线排列图如下图所示。12应天职业技术学院毕业论文g10f95V8afgba7

19、b6接共阳极数码管相应的笔划段VCC16f15g14a13b12c11d10e9限流电阻300 8ed1ed235Vc74LS47dp45dp123LT45678GNDBCRBO/BI RBIDAc74LS47 的外引线排列图(1)LT：试灯输入，LT 0时各笔划段全亮，显示字形“8”。(2)BI/RBO：作输入时为灭灯输入，BI=0 时各笔划段全灭。(3)A、B、C、D（D 为最高位）输入二进制码。(4)BI/RBO：作为输出端使用时为动态灭灯输出，当动态灭灯输入RBI=0，且DCBA=0000 时，BI/RBO=0，使所有笔划段全部熄灭。(5)a、b、c、d、e、f、g：各笔划段控制端，输

20、出低电平时点亮相应的笔划段，需配共阳极数码管。数码管外形图、管脚图及与 74LS47 的连接方法如下图所示。输入CRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3输出Q2Q1Q01XXXXXXX000000000111X11X11D3D2XXXD1XXXD0XXXD3D2D1DXXX加计数减计数保持13应天职业技术学院毕业论文3.5.474LS192 功能介绍74LS192 是一块同步 8421BCD 码加/减计数器。其管脚图和功能表如下输入CRLD10000X0111CPUXX11CPDXX11D3XD3输出D2XD2XXXD1XD1XXXD0XD0XXXQ30D3Q20D2Q10D1Q00D0XXX

21、加计数减计数保持4 4整机原理图整机原理图141234567+5vLT220BI/RBORBIDC5253505152abcdefgLTBI/RBOAVssRBIDCB5322074LS4774LS47B5051GND50515253505152531234567J1J2J3J4PECPCLVs sR LEDY LEDG LEDR LEDY LEDG LEDSGNDJ1J2J3J4PECPCLVs sB8B7B6B5B4B3B2B147K74LS245ENA1A2A3A4A5A6A7A8Vs sB8B7B6B5B4B3B2B1Q4+5Q3Q2Q1+5VR/GSGNDB/D+5VSGNDA1A2

22、A3A4A5A6A7A8Vs s8415DPYafgdLEDgnLEDgncdecgebfbDPYaabcdefgAVssGND54B/DCOCD4029U/D54B/DCOCD4029U/DHEADER3SGND11&1&计数器信号输出=1&R&Y&GGY应天职业技术学院毕业论文15Q2Q1Q2Q111DCD4029U/DCPCI/PESGNDR+5VDEN74LS245Y秒脉冲信号5K39K7 6 2NE55531秒脉冲信号0.01uF10uF计数器信号输入SGNDSGND交通灯控制电路应天职业技术学院毕业论文5.5.调试要点调试要点首先调试秒信号发生器。用示波器监视秒信号发生器的输出，调

23、节电位器RW，使输出信号的周期为 1s。直接将秒信号引入状态控制器脉冲输入端，在脉冲作用下，模拟各路口的三色信号灯应该按要求依次转换，否则应查找原因。将秒信号引入定时系统电路脉冲输入端，在秒脉冲作用下，将三个74LS245 的置数选通端依次接地，计数器应以三个不同的置数输入为进制体制，完成减法计数，两位数码管应有相应的显示。否则应查找原因。把各个单元电路互相连接起来，进行系统通调。16应天职业技术学院毕业论文6 6元元 件件 清清 单单元件清单如下表所示：交通灯控制电路元器件清单序列号12345678910名称R1R2RwR4R5C1C2U1U2、U3U4型号RJ-0.25-47K-10%RJ

24、-0.25-39K-10%WS-0.5-5K-10%RJ-0.25-0.2K-10%RJ-0.25-0.2K-10%CA-25V-10UF-20%CA-25V-0.01uF-20%NE55574LS245CD4029序列号11121314151617181920名称U5、U6U7、U8U9U10LED1LED2LED3型号74LS19274LS4774LS0074LS04发光二极管(红)发光二极管(黄)发光二极管(绿)7.7.总结总结本次设计的课题是简易交通灯，按照设计的要求，主要采用了 CD4029 四位二进制可逆计数器来实现它的功能。我们运用所学的课本知识，以及查阅相关的文献，对设计过程中

25、、所遇到的问题都一一的攻破，经这次设计证明，将所学的知识和电子设计方法想结合，大大的调动了我们学习的积极性，并有利于我们系统的科学地培养我们的实际动手能力，工程设计能力及创新设计能力，活耀了我们的思维，既符合由简到繁，循序渐进的教学规律，又能激发我们对电子线路设计的兴趣。本次设计得道了老师和同学们的大力帮助，但由于本人知识水平有限，而且是进入大学的第一次课程设计，总有许多的不足之处，希望各位老师能够提出宝贵的建议和批评，这样有助于我们以后能够完成更完美的设计。17应天职业技术学院毕业论文电子设计中心的各位老师给予了指导并提出了许多修改意见，本次设计完成之际，谨向他们致以最诚挚的谢意！8.8.参考资料参考资料何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001 年 6 月姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001 年 10 月王澄非，电子与逻辑设计实践，东南大学出版社，1999 年 6 月李银华，电子线路技术指导，北京航空航天大学出版社，2005 年 6 月康华光，电子技术基础，高等教育出版社，2003 年吴立新，实用电子技术手册，机械工业出版社，200018