1、 电工电子课程设计 交通信号灯系统设计交通信号灯系统设计 2014.5.30 一、摘要. 3 二、交通信号灯设计内容及要求 3 三、方案分析 3 四、 原理图设计 6 1 信号灯状态控制器 6 2 信号灯译码驱动电路 . 7 3 置数译码电路 . 8 4 计时系统 8 5 显示译码器 . 9 6 共阴七段 LED 共阴数码管 . 11 7 555 振荡器构成的秒脉冲电路. 11 8 元件清单 .13 五、 整体电路图以及工作原理 14 六、 原理图仿真 .14 七、 心得体会 .15 八、 参考文献 .16 附录一 .17 一、摘要一、摘要 本电路通过由两个 D 触发器组成的四进制计数器和由与
2、非门组成的译码器 来控制主干道和支干道红、黄、绿灯的状态变化，从而达到疏导车辆安全顺利通 过十字路口的作用，由 555 计时和电容电阻组成秒脉冲发生器；计时器由两个 74LS190 计数器组成，分别用于计时间的十位和个位；显示译码器把 74LS190 输出的 BCD 码译成 7 位二进制代码，驱动数码管显示相应的 BCD 码所对应的 十进制数。 二、交通信号灯设计内容及要求二、交通信号灯设计内容及要求 由一条主干道和一条支干道的汇合形成十字路口，为确保车辆安全、迅速地 通行，在交叉路口的每一个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通 行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行使中的车辆有时间停靠到
3、禁行线之外； 任务和要求： 1、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行 48 秒，支干道每次 放行 24 秒。 2、每次绿灯变红灯时，黄灯先亮 4 秒，此时原红灯不变。 3、用十进制数字显示放行及等待时间。 三、方案分析三、方案分析 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。 4 干道主 红黄绿 支 道 红 黄 绿 干 路口交通指挥系统示意图 系统工作流
4、程图如图所示。 系统工作流程图 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、信号灯译码驱动电路、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。 主干道绿灯亮，支干道红亮，计数 器由 48 开始递减计数 S1 主干道黄灯亮，支干道红灯亮，计 数器由 4 开始递减计数 S2 主干道红灯亮，支干道绿灯亮，计 数器由 24 开始递减计数 S3 主干道红灯亮，支干道黄灯亮，计 数器由 4 开始递减计数 S4 5 交通信号灯控制系统原理组成框图 十字路口车辆运行情
5、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 48s。2）48s 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 4s。3）4s 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 24s。4） 72s 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 4s。4s 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。 S0 S1 S2 S3 48s 后 4s 后 24s 后 4s 后
6、状态转换图 6 四、四、原理图设计原理图设计 1 信号灯状态控制器信号灯状态控制器 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，可以用两个 D 触发器组成一个四进制的计数器。我采用的一片 74HC74 实现。 74LS74 的引脚排列图： 74LS74 的功能表： 74LS74 的接线图所示： 7 D触发器的状态方程为Q*=Q,load每输入一个时钟脉冲Q0的状态改变一次， U7A 将 load 输入的时钟脉冲二分频后送给 U7B,即 load 每四个脉冲 U7A 和 U7B 的状态回到原来的状态，即四进制计算器。 2 信号灯译码驱动电路信号灯译码驱动电路 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。对于信号灯的状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。列 出信号灯的真值表： 状态控制器输出 主干道信号灯 支干道信号灯 Q1 Q0 红（R） 黄（Y） 绿（G） 红（r） 黄（y） 绿（g） 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0
