淮海工学院电子技术课程设计
交通灯控制电路设计
摘要: 随着社会不断的发展，人民的生活水平不断的提高，汽车已经成为人们生活必不
可少的一部分,伴随而来的是日趋复杂的交通问题。进而城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。日趋复杂的交通指挥系统仅靠人力来完成是远远不够的，这就需要设计一个简单有效的交通灯控制系统来完成这些复杂的工作，从而使城市交通系统有序，安全地运行。交通灯控制系统的出现是社会发展下的必然产物，在城市道路系统中占有举足轻重的地位，它直接影响到城市的通车质量。所以，一个简单有效的交通灯控制系统对一个城市的发展具有巨大的意义。本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进，全部由数字电路组成，比以前的方案更为精确。
关键字： 交通控制 交通灯 译码器 计数器 控制器
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一、设计任务与要求
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 ； 4．每路口均有时间显示（两位LED）。
二、设计目的
1．掌握综合应用理论知识和中规模集成电路设计方法。
2．熟练掌握万用电表、函数信号发生器、数字电路实验箱、示波器的正确使用方法。 3．能识别和正确使用各种所需的集成块、电阻、电位器等，熟悉集成块的管脚功能结构。
4．自行设计实验图、检查和排除故障。
5．掌握调试及电路主要技术指标的测试方法。
三、设计原理与单元电路的设计 1．分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图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。
定时器 甲车道信号灯 译码器 乙车道信号灯 秒脉冲发生器 控制器
图1 系统的原理框图
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2．画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）如图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。 状态转换的流程图如下：
状态S0 甲绿灯，乙红灯 状态S1 甲黄灯，乙红灯 定时25s 定时5s 定时5s 状态S2 甲红灯，乙黄灯 定时25s 状态S3 甲红灯，乙绿灯 图2 整体流程图
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1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： 表1 控制器工作状态及功能
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控制状态 S0（00） S1（01） S3（11） S2（10） 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； AR=1：甲车道红灯亮； BY=1：乙车道红灯亮；
信号灯状态 甲绿，乙红 甲黄，乙红 甲红，乙绿 甲红，乙黄 车道运行状态 甲车道通行，乙车道禁止通行 甲车道缓行，乙车道禁止通行 甲车道禁止通行，甲车道通行 甲车道禁止通行，甲车道缓行 由此得到交通灯的ASM图，如图3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。
AG BR ST ARBY TL TY ST ST AY BR ST AGBR TY TL
图3 交通灯的ASM图
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3．单元电路的设计
（1）电源电路
电源电路主要由整流、滤波、稳压三部分组成，用于供给数字电路的工作电源。整流部分由变压器与整流桥KBP210G组成。220V、50Hz的交流输入经过变压器之后，输出9V、50Hz的交流电压。该电压输入整流桥，整流桥由四只整流二极管接成电桥的形式组成。整流桥输出8.1V的直流电压。
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，由1mF的电容组成电容滤波电路。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适合负载电压较高，负载变动不大的场合。 稳压电路用于稳定电压的输出，由三端集成稳压器L7805和电容组成。C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C4用于减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。其电路如下：
图4 稳压电源
（2）秒脉冲的设计
脉冲信号发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R8、R9、C3 的电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R8+2R9)C2ln2当T=1S，即可凑出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。
如图4所示，R9、C3组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波，此三角波送到NE555的2脚输入端，由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
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