1、 交通灯定时控制系统摘 要交 通 控 制 系 统 是 近 现 代 社 会 随 着 物 流 、 出 行 等 交 通 发 展 产 生 的 一 套 独特 的 公 共 管 理 系 统 。 要 保 证 高 效 安 全 的 交 通 秩 序 ， 除 了 制 定 一 系 列 的 交 通 规则 ， 还 必 须 通 过 一 定 的 科 技 手 段 加 以 实 现 。 本 文 在 对 目 前 交 通 控 制 进 行 深 入分 析 的 基 础 上 ， 运 用 检 测 传 感 、 实 时 调 整 智 能 化 控 制 的 实 现 技 术 ， 将 传 感 器监 测 、 实 时 调 整 车 辆 通 行 时 间 的 算 法 与
2、 单 片 机 控 制 作 用 相 结 合 ， 提 出 了 基 于单 片 机 的 交 通 控 制 系 统 设 计 方 案 。8051 单 片 机 的 交 通 灯 控 制 系 统 由 8051 单 片 机 、 交 通 灯 显 示 、 LED 倒计 时 、 车 流 量 检 测 及 调 整 、 违 规 检 测 、 紧 急 处 理 、 时 间 模 式 手 动 设 置 等 模 块组 成 。 系 统 除 基 本 交 通 灯 功 能 外 ， 还 具 有 通 行 时 间 手 动 设 置 、 可 倒 计 时 显 示 、急 车 强 行 通 过 、 车 流 量 检 测 及 调 整 、 交 通 异 常 状 况 判 别
3、及 处 理 等 相 关 功 能 。理 论 证 明 该 系 统 能 够 简 单 、 经 济 、 有 效 地 疏 导 交 通 ， 提 高 交 通 路 口 的 通 行 能力 。本 设 计 主 要 做 了 如 下 几 方 面 的 工 作 ： 一 是 确 定 系 统 交 通 控 制 的 总 体 设计 ， 包 括 ， 十 字 路 口 具 体 的 通 行 禁 行 方 案 设 计 以 及 系 统 应 拥 有 的 各 项 功 能 ，二 是 进 行 传 感 器 的 硬 件 电 路 、 显 示 电 路 等 的 设 计 和 基 本 功 能 要 求 。 三 是 进 行软 件 系 统 的 设 计 ， 对 于 本 系 统
4、， 本 人 采 用 单 片 机 汇 编 语 言 编 写 ， 总 体 上 完 成了 软 件 的 编 写 。一 设计任务和基本要求设计一个十字路口交通灯信号控制器，要求如下：1.主、支干道交替通行，主干道每次放行 30 秒，支干道每次放行 20 秒。2.绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。3.每次绿灯变红灯时，黄灯先亮 5 秒（此时另一干道上的红灯不变） 。4.十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求主、 支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。5.在黄灯亮时，原红灯按 1HZ 的频率闪烁。6. 要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在 099s 内任
5、意设定。二 设计方案该交通灯控制系统的组成框图如 2-1 所示。状态控制器主要用于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。秒信号发生器主要产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。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系统下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由 BCD 译码器译码、数码管显示。在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，使红灯闪烁。21 交通灯控制系统本 设 计 能 模 拟 基 本 的 交 通 控 制 系 统 ， 用 红 绿 黄 灯 表 示
6、禁 行 ， 通 行 和 等 待 的 信号 发 生 ， 还 能 进 行 倒 计 时 显 示 ， 车 流 量 检 测 及 调 整 ， 交 通 违 规 处 理 和 紧 急 处理 等 功 能 。 倒 计 时 显 示倒 计 时 显 示 可 以 提 醒 驾 驶 员 在 信 号 灯 灯 色 发 生 改 变 的 时 间 、 在 “停 止 ”和 “通 过 ”两 者 间 作 出 合 适 的 选 择 。 驾 驶 员 和 行 人 普 遍 都 愿 意 选 择 有 倒 计 时显 示 的 信 号 控 制 方 式 ， 并 且 认 为 有 倒 计 时 显 示 的 路 口 更 安 全 。 倒 计 时 显 示 是用 来 减 少 驾
7、 驶 员 在 信 号 灯 色 改 变 的 关 键 时 刻 做 出 复 杂 判 断 的 1 种 方 法 ， 它可 以 提 醒 驾 驶 员 灯 色 发 生 改 变 的 时 间 ， 帮 助 驾 驶 员 在 “停 止 ”和 “通 过 ”两 者 间 作 出 合 适 的 选 择 三 电路设计1 状态控制器设计根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程如 311 所示。信号灯四种不同的状态分别用 S0（主绿灯亮，支红灯亮） 、S1 （主黄灯亮，支红灯闪烁） 、S2（主红灯亮，支绿灯亮） 、S3 （主红灯闪烁，支黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如 312 所示。311 交通信号灯工作流程图单片机车流量传感器最小
8、系统外围接口电路8 段 L E D 数码管显示红黄绿信号灯蜂鸣器按键控制313 交通灯状态控制器CD4029 管脚分布及功能表如图 314 所示314 CD4029 管脚分布及功能表2 状态译码器主、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。他们之间的关系见真值表.对于信号灯的状态， “1”表示灯亮， “0”表示灯灭。状态控制器输出 主干道信号灯 支干道信号灯Q2 Q1 R（红） Y（黄） G（绿） r（红） y（黄） g（绿）0 0 0 0 1 1 0 00 1 0 1 0 1 0 01 0 1 0 0 0 0 11 1 1 0 0 0 1 0根据真值表，可求出各信号灯的
9、逻辑函数表达式：R=Q2*Q1+Q2*Q1=Q2 R=Q2Y=Q2*Q1 Y=(Q2*Q1)G=Q2*Q1 G=（Q2*Q1)r=Q2*Q1+Q2*Q1=Q2 r=Q2y=Q2*Q1 y=(Q2*Q1)g=Q2*Q1 g=(Q2*Q1) 现选择半导体发光二极管模拟交通灯，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管。故状态译码器的电路组成见图 321 所示。321 交通灯状态显示电路根据设计任务要求，当黄灯亮时，红灯应按 1HZ 的频率闪烁。从状态译码器真值表中看出，黄灯亮时，Q1 必为高电平；而红灯点亮信号与 Q1 无关。现利用 Q1 信号去控制一三态门电路 74LS245（或模拟开关） ，
10、当 Q1 为高电平时，将秒信号脉冲引到驱动红灯的与非门的输入端，使红灯在黄灯亮期间闪烁；反之将其隔离，红灯信号不受黄灯信号的影响。74LS245 的管脚排列及功能表如 322 所示。322 74LS245 管脚分布及功能表功能介绍：74LS245 为双向三态门缓冲器，又称三态数据衷线收发器，其逻辑功能为：当使 能控制信号 EN=0 时。若 DIR=1。着则数据传输通路为 AB；若 DIR=0，则数据传输通路为 BA，当 EN=1 时，无论 DIR 为何值，A ，B 均是高阻断状态。3 定时系统根据设计要求，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，以完成 30 秒、20 秒、5 秒
11、的定时任务。该定时器由两片 CD4029 构成的两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三片 8 路双向三态门 74LS245 来完成。三片 74LS245 的输入数据分别接入 30、20、5 三个不同的数字，任意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 74LS245 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 5 开始计数，故采用 S1、S2 为逻辑变量而形成的控制信号 Q1 去控制输入数据接数字 5 的 7
12、4LS245 的选通信号。由于 74LS245 选通要求低电平有效，故 Q1 经一级反向器后输出接相应74LS245 的选通信号。同理，输入数据接 30 的三态门 74LS245 的选通信号接主干道绿灯信号；输入数据接 20 的三电位器相串联代替电阻 R2。在调试电路时，调节电位器，使输出脉冲周期为 1S。态门 74LS245 的选通信号接支干道绿灯信号。4 整体电路图如图 4141 整体电路图四 调试要点直接将秒信号引入状态控制器脉冲输入端，在该脉冲作用下，模拟主支干道的三色信号灯应按要求依次转换，否则应查找原因。将秒信号引入定时系统电路脉冲信号输入端，在秒脉冲作用下，将三个74LS245
13、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，完成减法计算，两位数的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。五 调试过程出现的问题及解决方法1、第.一次调试出现红，绿灯同时亮的现象，经过检查电路，找出了问题。2、有些元件实验室没有，我们用其他元件代替使用，完成应有的功能3、面对连线复杂的电路有点不知所措，但后来和其他成员沉住了气完成连线。六 电路设计的优缺点我们几个成员通过集体协作，设计出的电路图比较清晰、简易，用了最少的芯片来达到题目要求。所用器件也较常用、易找。操作起来方便，性能较好。但是实验室里所提供的设备与我们设计的电路中一些部分不
14、符，导致在实验时不能很好的实现其功能，也是由于我们考虑的不周全所致。七 设计心得体会通过这次数电课程设计，使我对数字电子技术有了进一步的了解，并熟悉和掌握了一些芯片的功能和应用。实际操作与课本上的知识有很大联系，但是在课堂上学习时，我们很难把课本上的知识和实际联系起来。通过连接电路图，不但让我们巩固了知识，也使我们体会到了理论和实践联系起来的真正意义。增强了我们对数电的学习兴趣，而且培养了我们查阅资料，设计电路，还有和别人协作的综合能力。以前对电子器件的认识只停留在表面，通过课设使我们有了更进一步的了解，使我们受益匪浅。八 所用到的元器件清单5V 电源导线若干74LS245 芯片 4 个74LS47 2 个 74LS00 6 个74LS04 3 个CD4029 3 个电阻若干九 参考文献数字电子技术基础 阎石 主编 清华大学出版社数字电路与逻辑设计实验及应用 毛期俭 主编 人民邮电出版数字电子技术基础 陈文明组 主编 中南大学出版
