1、本课程设计利用 数字电子技术的基本知识，旨在设计一个简单的交通信号灯控制系统。为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信 号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线 的车辆停止通行已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交 通信号灯控制器自动控制十字路口两组红、 黄、绿交通信号灯的状态转换，指挥 主、从干道上各种车辆和行人的安全通行， 实现十字路口交通管理的自动化。自 从交通信号灯产生后其内部控制电路几经完善使其更加合理与人性化， 科技含量不断提高，计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简 便化。尤其是近几年
2、来，随着电子与计算机技术的飞速发展， 电子电路分析和设 计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的 工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。我们设计的这个控制系统可以通过交通信号灯控制主干道方向和支干道方 向两条交叉路上的车辆交替运行，还有控制主干道的行人行走每次通行时间都可 以通过实际情况预设，用以减少交通事故的发生概率，本设计先对交通等控制系 统做了简要概述，再从理论上对每一单元路设计进行详细分析， 最后得出了系统 的总体电路图。并利用 Multisim 12.0软件对电路进行仿真，使设计方案得以真 正实现。基本功能模块及基本的分析方法是本次
3、设计的基本内容。这将有利于学生更 好的掌握数字电路的设计方法，将数字电路与模拟电路融会贯通，提高解决实际 问题的能力，同时也为更好的熟悉计算机和各种程序打下良好的基础。参加本次 课程设计的是长安大学电子与控制工程学院电气工程及其自动化二班的徐通同 学、仇佳赟同学和郭延涛同学。徐通负责小组整体的进程和车行道红绿灯的设计， 仇佳赟负责人行道红绿灯的设计，郭延涛负责整体的连接。由于水平和经验有限，缺点和错误在所难免，望老师提出意见以便改进。2015年6月前言 1绪论 3第一章系统概述 41.1原理框图 41.2设计思路 4第二章单元电路设计及功能说明 52.1秒脉冲发生器 52.2主控制器模块和信号
4、灯模块 52.2.1车行道主控制器 52.2.2人行道主控制器 62.3倒计时计数器模块 82.4显示模块 102.4.1计数器 112.4.2译码器 112.4.3译码驱动器 112.4.4显示器 13第三章 系统综述 143.1总体电路图 143.2仿真结果 163.3问题与解决 18第四章 结束语 194.1收获与体会 194.2鸣谢 204.3元件明细表 20参考文献 21绪论摘要：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。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。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，
5、 它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的部分， 采用数字电路对交通灯控制电路 的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、 黄、绿灯以及人行道两组红、绿灯的状态转换的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实 现十字路口交通管理的自动化。本次课程设计中，将以传统的设计方法，利用数 字电路的基本知识，来实现一个简单的交通信号灯控制系统。关键字：交通灯控制器秒脉冲发生器移位寄存器单时钟十进制可逆计数 器数码显示管信号灯 主要技术指标与要求：设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路，具体要求如下:1.定周期控制：主干道绿灯60秒，支干道绿灯25秒；2.每次由绿灯变为红灯时，应有
6、3秒黄灯亮作为过渡；3.分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯；4.设计计时显示电路；5.考虑增加人行道信号灯显示。方案论证与选择提出方案方案一：采用555构成的多谐振荡器来产生T=1s的CP脉冲，用移位寄存器构成 系统的主控模块，驱动信号灯的显示与计数器的预置数， 用单时钟十进制可逆计 数器74LS190同步级联构成倒计时计数器，并产生主控模块的移位脉冲和控制计 数器的预置数。方案二：采用32768Hz的晶振经过15级分频产生秒脉冲，分频电路由四位二进 制加法数器74LS161构成，设计一个91进制的加法计数器和移位寄存器作中控 模块，控制整个电路的工作时间，产生预置数脉冲、信号灯的显示和倒计
7、时计数 器的预置功能，用74LS190异步级联构成倒计时计数器，用数码管显示倒计时。 方案三：用触发器和各种门电路完成此设计。方案选择本次设计我们采用方案一。方案三显然会使电路负责很多，总电路图会很庞 大，比较繁琐。方案一与方案二比较显然方案一比方案二简单， 除了少了分频电路外还舍去了一个主控模块中的 91进制计数器，而在产生进位脉冲的时候也简 便很多，因此我们选择方案一来完成此设计。第一章系统概述1.1原理框图车打适主担視获际冲产圭十 住主屋模块个 住1.2设计思路本设计要求设计一个车行主干道绿灯 60秒，支干道绿灯25秒，每次绿灯变 红灯中间有3秒黄灯和附加一个人行道交通指挥系统的交通灯控
8、制系统， 这里我们根据实际经验，考虑到行人的速度会比车慢很多， 所以我们根据这一情况，设 定主干道绿灯55秒，支干道绿灯20秒，每次转换中间有8秒的等待车行道红绿 灯转换的时间。分别用红黄绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计 时。我们的思路是把车行道和人行道分别用两个主控模块各自控制。 因此本设计需要一个脉冲产生模块、两个信号灯模块、两个倒计时模块、两个数码管显示模 块和主控模块。脉冲产生电路用以驱动倒计时电路， 置数电路将交通灯亮时间预 置到计数电路和寄存器中，信号灯模块对信号灯的各种状态进行循环控制， 倒计时模块以基准时间秒为单位做倒计时， 数码管显示模块显示倒计时的时间， 主控
9、 模块对电路中的各个模块进行级联控制。第二章 单元电路设计及功能说明2.1秒脉冲发生器常见的能产生秒脉冲的晶体振荡器、单稳态触发器、施密特触发器和多谐振 荡器等。晶体振荡器产生的秒脉冲稳定、精确，但可获得的最低脉冲值为 32768Hz本课设需要用到的是秒脉冲（1Hz）,需将晶振产生的脉冲经过15级分 频才能得到。单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器都可以直接产生 1Hz的脉冲，但单稳态触发器和施密特触发器产生的脉冲式经过对波形的整形得到 的，需要输入波形，这增加了电路的复杂性。而多谐振荡器却不需要输入波形， 直接选取合适的电阻和电容，接上 5V电源，就可以直接得到1Hz的脉冲。因此本实验选取
10、多谐振荡器来产生秒脉冲。取 R仁44.2kQ, R2=50 k Q,C=10uF 则 T= （ R1+2*R2 *C*In2=0.9995s 1.000s，其误差为 0.5%,对于交通 灯的控制，这个精度已完全符合要求。用多谐振荡器产生秒脉冲的电路图及工作 波形如图2-1-1所示。VCCit11 2KCOTPitCOBO inI bmn=TOuF 1 b） 1仃波杉图2-1-1用多谐振荡器产生秒脉冲2.2主控制器模块和信号灯模块2.2.1车行道主控制器主控制器由移位寄存器74LS194构成，主要控制信号灯显示和提供计数器的 置数。要实现“主干道60秒，支干道25秒”和“每次由绿灯变为红灯时，应
11、有 3秒黄 灯亮作为过渡”，则主、支干道两组信号灯总共有四种状态：状态1:主干道绿灯亮，车道通行；支干道红灯亮，车道禁止通行；状态2:主干道黄灯亮，车道缓行；状态3:主干道红灯亮，车道禁止通行；支干道绿灯亮，车道通行；状态4:支干道黄灯亮，车道缓行。交通灯按这四种状态依次循环工作，要实现这一功能可以用触发器构成时序电 路、译码器和移位寄存器。本设计只需进行四个状态的转换，用触发器构成的时 序电路太复杂，而且不好实现。四个状态用二线一四线译码器也可实现。 但是如 果用移位寄存器74LS194,则只需要在一个CP脉冲就可以实现四个状态之间的 顺利，而且在后面的倒计时预置数模块中，也能巧妙地运用用寄
12、存器的移位功能， 可以说寄存器的灵活运用是本设计的最大亮点之一。222人行道主控制器人行道主控制器其实与车行道相同，只是人行道的红绿灯的四个状态与车行 道不同。要实现“主干道绿灯55秒，支干道绿灯20秒，每次转换中间有8秒的 等待时间”，则主、支干道两组信号灯总共有四种状态：主干道绿灯亮，行人通行； 支干道红灯亮，行人禁止通行；主干道红灯亮，行人禁止通行；支干道红灯亮，行人禁止通行；支干道绿灯亮，行人通行；支干道红灯亮，行人禁止通行。 其余原理与车行道完全相同。74LS194的功能表如下表所示。如下表可知，74LS19 4主要逻辑功能有：1同步置数功能：当R S、So都接高电平时，来一个CP上
13、升沿，就将DCBA四 个数分别置入QQQBQ中。2移位功能：当FD=1，Si+So=1，且SiSo=O,来一个CP上升沿就移一位。图 2-2-1 74LS194 功能表:RdDgCP1）CBAQiQb qX0 01fDcB A并疔输入DS1nQaQc Qr左務（1山Q:QmQ Ob11QeQii Qa保捕用移位寄存器74LS194构成的信号灯模块电路如图所示cp epi 空HL S2i- 474LS194N上LRCLEfn74LS32NV h i汁适4LS32N书行支十迅U2TRAFFIC LIGHT SINGLF图2-2-2 车行道信号灯模块vtc借-空格 MLS14闭741LS04DA?f 1U3D74LS04D卜：红辛身辛g谒Uj支十ifi图2-2-3人行道信号灯模块图中cp为555多谐振荡器产生的秒脉冲，cp1为倒计时计数器归零时产生的 脉冲。QD与SR相连，打开电源前，先将 S1、S6置于cp档，S2、S7置于VCC 档，移位寄存器准备置数。当来一
