1、交通信号灯自动控制器 课程设计,电信0802 孙亚飞 任连璋,一、课程设计的内容及要求二、交通信号灯控制原理三、单元电路的设计1、秒脉冲发生器2、定时器3、控制器4、译码器5.交通信号灯6.整个交通灯控制系统的布局四、元器件清单五、体会与总结六、参考文献七、致谢！,一、课程设计的内容及要求,1）公路十字路口有红（R）、绿（G）、黄（Y）信号灯各3只，共12只; 2)要求信号灯亮的顺序是红 绿 黄，循环点亮时间要求为：a、东西方向为主干道，红灯亮25秒，绿灯亮30秒，黄灯亮5秒；b、南北方向为辅干道，红灯亮25秒，绿灯亮30秒，黄灯亮5秒；,二、交通信号灯控制原理,交通灯控制系统的原理框图如图所
2、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: 表示主干道或者辅干道红灯亮的时间间隔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。 时。由它控制定时器开始下个工作状态的定 时。,两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和
3、车道的交通灯是同步的,所以不考虑)，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：,（1）图主干道绿灯亮，辅干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，辅干道禁止通行。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。,（3）主干道红灯亮，辅干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，辅干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。,（2）主干道绿灯亮，辅干道黄灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，辅干道上位过县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
4、。,（3）主干道红灯亮，辅干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，辅干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。,（3）主干道红灯亮，辅干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，辅干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。,（3）主干道红灯亮，辅干道绿灯亮。表示主干道禁止通行，辅干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）主干道黄灯亮，辅干道绿灯亮。表示主干道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，辅干道禁止通行。黄灯亮足规定的时间
5、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表所示。,控制器应送出甲、辅干道红、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：主干道绿灯亮；BG=1：辅干道绿灯亮； AY=1：主干道黄灯亮；BY=1：辅干道黄灯亮；A R=1：主干道红灯亮；BR=1：辅干道红灯亮；,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
6、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，跳转到S1，这时当S1持续时间小于5秒时TY=0，控制器保持S1不变，只有当持续时间等于5秒时，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），也就是说每跳转一次持续总时长为30秒，然后转换到下一个S2状态，满足条件又跳到S3的总时长30秒工作状态。,三、单元电路的设计,1、秒脉冲发生器2、定时器3、控制器4、译码器5、交通信号灯6、整个交通灯控制系统的布局,1）秒脉冲发生器,脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C,2）定时器,定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉
7、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30开始进行减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74LS192进行设计较简便。74LS192是4位十进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS192的外引线排列图如图4所示，其功能表如图5所示。,定时器在电路中的电路图,3）控制器,控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件
8、为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项“X“表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。选用74LS74实现每个D触发器的输入函数，用减法计数器的输出，通过逻辑电路控制双D触发器Q0和Q1在4种状态图间跳变 电路逻辑图如右图：,4)译码器,译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、辅干道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 所示。通过与非门和非门来简洁翻译成两路交通的亮
9、灭，其中，黄灯的闪烁，是通过NPN三极管的基极接脉冲信号控制其通断实现的。,译码器控制电路,5）译码交通信号灯,6）整体布局,四、元器件清单,集成电路 74LS74 1片74LS48 2片74LS20 1片74LS192 2片74LS00 1片74LS04 2片N555 1片芯片座若干 电容 10F , 0.01F , 1F , 0.1F 各一支 电阻 47K 两个 1K 一个 发光二极管 6 个 NPN三极管 2个,五、心得体会,通过这次课程设计，不仅加深了我对数字逻辑电路的理解，而且加强了我独立思考和合作交流及动手能力。通过对设计中的每个模块的设计巩固了对理论知识的掌握，而且感觉实践和理论
10、并非同一回事。在这次实践中，加强了对各种元器件的认识，比如电解电容引脚长的为正极等，同时使更加熟练了焊接技术。还认识到多跟同学交流的重要性，这样不仅可以是自己设计出更好更简洁的电路，而且能使自己少走弯路，分享彼此在实践中中的遇到的问题，还可以使自己学到更多，对问题理解的更加透彻。比如刚开始时自己设计的电路用的元器件较多，看多同学的设计后，突然感觉的自己多用了两个可以不用器件，在这次设计中自己还加深了分频的重要性，以及，画电路图时网络节点的应用不仅可以少连很多线，关键是让自己的电路的逻辑一目了然。通过本次实践，感觉自己收获最大的就是用万用表耐心的检查自己焊接不小心电路留下的错误，开始时我找错误是
11、用很笨的方法，看着实物连接对着原理图每条每个端点的检查哪里接错花了很长时间也没找到，后来得知可以用万用表直接触接芯片各个引脚，结果很快找到了几个错误的地方，因为自己在找错误方面花了太多的时间，万用表很好用的，这一点让我刻骨铭心，受益匪浅，终生难忘。虽然花了很多时间，但觉得还是值得的，即使完成的慢了些，中途还有想放弃的念头，但还是坚持在找错误，觉得耐心和遇到问题不放弃的坚持也很重要，如果没有坚持或许也就不会认识到万用表的对检查电路很有用。,六、参考文献,【模拟电子线路】 【数字电路与逻辑设计】 【高频电子电路】 【电子技术基础】（上、下） 【模拟电子技术基础】 【数字电子技术基础】 【电子电路基础】 【电子技术课程设计指导】,谢谢！,
