交通信号灯设计方案.doc-资料库

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目录摘要 ..................................................................... 3 关键词 .................................................................... 3 引言 .................................................................... 2 一、交通信号灯的设计目的以及要求 .......................................... 4 二.交通信号灯基本原理及设计方法 ........................................... 5 三、主控制器 .............................................................. 7 3.1 74LS90 引脚排列图与逻辑图 ............................................ 7 3.2 74LS90 的功能表及引脚功能. ........................................... 8 四、计数器 ................................................................ 9 4.1 计数器的作用 ......................................................... 9 4.2 计数器的工作情况 ..................................................... 9 4.3 控制信号灯的译码电路的真值表 ........................................ 10 4.4 置数电路 ............................................................ 11 4.5 状态译码电路 ........................................................ 12 五.译码显示电路 .......................................................... 14 5.15.1 共阴极共阴极 LED 七段数码管 ................................................ 14 5.2 CD4511 译码器 ....................................................... 13 六.555 振荡器构成的秒脉冲电路 .............................................16 6.1 555 定时器的引脚 .................................................... 17 6.2 555 定时器构成的多谐振荡器 .......................................... 17 6.3 555 定时器工作原理 .................................................. 18 七、交通灯信号灯控制总体框图 ............................................. 20 八.组装和调试过程 ........................................................ 21 总结 ................................................................... 22 参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 1

交通信号灯控制系统的设计摘要随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于 1918 年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。关键词：控制器计数器信号灯译码电路引言黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。中国最早的马路红绿灯，是于 1908 年出现在上海的英租。从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。 2

一、交通信号灯的设计目的以及要求十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。本课题利用数字路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求。 1.掌握系统设计的一般步骤和方法，掌握一个大的系统中各子系统之间的相互作用和相互制约关系； 2.运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统。通过系统设计、电路安排与调试、写设计论文等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平； 3.学会用中规模器件设计一个符合要求的系统，并熟悉常用中规模器件的用法。 4.学会按照电路图在面包板上合理布局使各器件在系统中的连线更简单，清晰； 5.掌握连接实物图的一般步骤和方法，学会系统安装与调试的一般步骤和方法。 6.在实践中运用理论知识，培养实际动手能力； 7.主干道的通行时间长于支干道的通行时间； 8.每次由绿灯变为红灯或由红灯变为绿灯的前 5 秒四个路口要亮黄灯以提示过往车辆及行人注意路灯变化，安全通行； 9.设计正计时 30s、20s 计时数码实现电路，要求每秒钟改变一次数字； 10．在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮 5 秒钟，以便让后来车辆准备停车。由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为 30 秒；而支干道通行时间为 20 秒。 3

二.交通信号灯基本原理及设计方法十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图 3-1 所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。主干道红黄绿支干道红黄绿路口交通指挥系统示意图设主干道通行时间为 N1，干道通行时间为 N2，主、支干道黄等的时间均为 N3，按主支干道通行的时间来看，设置 N1﹥N2﹥N3。系统工作流程图如图所示。主干道绿灯亮，支干道红灯亮计数器由 N1 到 30 递增计数主干道黄灯亮，支干道红灯亮计数器由 N3 到 5 递增计数主干道红灯亮，支干道绿灯亮计数器由 N2 到 20 递增计主干道红灯亮，支干道黄灯亮计数器由 N3 到 5 递增计 S0 S1 S2 S3 要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控 4 系统工作流程图

制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位 8421BCD 码的计数、译码显示器。信号灯译码驱动电路主控电路主干道信号灯支干道信号灯显示器译码器计数器时钟信号发生器交通信号灯控制原理电路框图十字路口车辆运行情况只有 4 种可能：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为 30s。2）30s 后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为 5s。3）5s 后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为 20s。4）50s 后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为 5s。5s 后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有 4 种状态，设这 4 种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图所示。 30s 后 5s 后 S0 S3 S1 S2 5s 后 20s 后状态转换图 5

三、主控制器 3.1 74LS90 引脚排列图与逻辑图十字路口车辆运行情况只有 4 种可能，实现这 4 个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。我采用二-十进制计数器 74LS90 实现。采用反馈归零法构成 4 进制计数器,即可从输出端 QBQA 得到所要求的 4 个状态。图 4-1 74LS90 管脚排列图,逻辑图如图所示。为以后叙述方便，设 X1=QB,X0=QA。 74LS90 管脚排列图 QD QC QB QA 74LS90 R01 R02 S91 S92 CP1 CP0 主控制器的逻辑图 6

3.2 74LS90 的功能表及引脚功能. 74LS90 功能表输入输出清 0 置 9 时钟 R0(1)、 S9(1)、 CP1 R0(2) S9(2) CP2 0 × × 1 0 1 × × × × 1 0 1 × × 0 QD QC QB QA 功能 0 1 0 0 0 0 0 1 ↓ 1 QA 输出 1 ↓ QDQCQB 输出清 0 置 9 二进制计数五进制计数 0 × × 0 0 × × 0 QA ↓ ↓ QDQCQBQA 输出 8421BCD 十进制码计数 QD QAQDQCQB 输出 5421BCD 十进制 1 1 码不变计数保持如表 7 4LS90 功能表：7 4LS90 逻辑功能为 (1)计数脉冲从 CP1 输入，QA 作为输出端，为二进制计数器。 (2)计数脉冲从 CP2 输入，QDQCQB 作为输出端，为异步五进制加法计数器。 (3)若将 CP2 和 QA 相连，计数脉冲由 CP1 输入，QD、QC、QB、QA 作为输出端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器。 (4)若将 CP1 与 QD 相连，计数脉冲由 CP2 输入，QA、QD、QC、QB 作为输出端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器。 7

(5)清零、置 9 功能。 a) 异步清零当 R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即 QDQCQBQA ＝0000。 b) 置 9 功能当 S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置 9 功能，即 QDQCQBQA＝ 1001。 4.1 计数器的作用四、计数器计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行 30s、20s、5s 3 种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。 4.2 计数器的工作情况计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态 S0 时开始 60s 计数；30s 后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S1，计数器开始 5s 计数；5s 后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S2，计数器开始 20s 计数；20s 后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S3，计数器又开始 5s 计数；5s 后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态 S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设 30s、20s、5s 计数的归零信号分别为 A、B、C，则计数器的归零信号 L 为：其中： L=A+B+C A=S0 QC2= QC2 B=S2 QB2 QA2= QB2 QA2 8

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