综合设计一 交通信号灯控制系统

综合设计一交通信号灯控制系统

一、设计任务

设计一个十字路口交通灯信号控制器，要求如下：

（1）十字路口设有红、黄、绿、左转指示灯；有数字显示通行时间，以秒单位作减法计数。

（2）主、支干道交替通行，主干道每次绿灯亮40S，左转指示灯15S；支干道每次绿灯亮20S，左转指示灯亮10S。

（3）每次绿灯变左转时，黄灯先亮5S（此时另一干道上的红灯不变），每次左转指示变红灯时，黄灯先亮5S（此时另一干道上的红灯不变）。

（4）当主、支干道任意干道出现特殊情况时，进入特殊运行状态，两干道上所有车辆都禁止通行，红灯全亮，时钟停止工作。

（5）要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0~99S内任意设定。

二、设计提示及参考电路

某交通灯控制系统的组成框图如图1.1所示。状态控制器主要用于纪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。秒信号发生器产生整个定时系统

图1.1 交通灯控制系统的组成框图

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。

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图1.2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图1.3所示。

图1.2 信号灯的工作顺序流程

图1.3 状态编码及状态转换图

显然，这是一个二位二进制计数器。可采用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器，电路如图1.4。

2、状态译码器设计

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。它们之间的关系见真值表1-1。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。

表1-1 信号灯信号的状态

根据真值表，可求出各信号灯的逻辑函数表达式为：

21212Q Q Q Q Q R =?+?= 2Q R = 12Q Q Y ?= 12Q Q Y ?= 12Q Q G ?= 12Q Q G = 21212Q Q Q Q

Q r =?+?= 2Q r =

12Q Q y ?= 12Q Q y ?=

12Q Q g ?= 12Q Q g ?=

图1.4用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器

现选择半导体发光二极管模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力一般比带拉电流的

能力强，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1.5所示。

根据设计要求，当黄灯亮时，红灯应按1H Z 频率闪烁。从状态译码器真值表中看出，黄灯亮时，Q 1必为高电平；而红灯点亮信号与Q 1无关。现利用Q 1信号去控制—三态门电路74LS245 （或模拟开关），当Q 1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。

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30s 、20s 、5s 的定时任务。

4、秒信号产生器

产生秒信号的电路有多种形式，图1.6时利用555定时器组成的秒信号发生器。因为该电路输出脉冲的周期为：C R R T )2(7.021+≈。若T=1S ，令C=10f μ，R 1=39K Ω，则Ω≈K R 512。取固定电阻ΩK 47与ΩK 5的电位器相串联代替电阻R 2。在调试电路时，调

试电位器R P ，使输出脉冲为1s 。

图1.5状态译码器的电路

图1.6 555定时器组成的秒信号发生器

三、主要器件及设备

1．数字逻辑实验箱一个2．NE555集成定时器1片3．CD4029预置可逆计数器1片4．74LS245态门1片

5．74LS00与非门4片6．发光二极管8个

7．电阻，电容若干 8、示波器

四、调试及设计报告要求

1、按照设计任务要求画出十字路口交通信号灯控制的电路图，列出元器件清单。

2、在数字逻辑实验箱上插接电路。

3、拟定测试内容及步骤，选择测试仪器，列出有关的测试表格。

4、进行单元电路调试和整机调试。

5、进行故障分析、精度分析以及功能评价。

6、写出总结报告、收获及体会。