1、学士学位论文（设计）I交通灯数字控制电路设计摘 要交通灯在交通控制和管理方面起着越来越重要的作用。本设计结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，并给出了一种简单实用的交通灯数字控制的电路设计方案。0 引言随着社会经济的发展和机动车辆的增加，城市交通问题越来越引起人们的广泛关注。人、车、路三者关系的协调，是交通部门需要解决的关键问题，而交通灯控制系统在三者的协调中起着相当关键的作用，它用于交通数据检测、交通信号控制和交通疏导，是现代化交通控制系统中最重要的组成部分。因此，如何设计简单、可靠、成本相对低廉的交通灯控制系统，将是此领域需要研究的重要课题 1。城市路口交通灯控制系统大体上
2、分为三种类型：定周期的信号机、多时段且具有电缆协调功能的电脑信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机 2。本设计属于第一种类型。交通灯控制系统包括脉冲信号发生电路、计时电路、数字显示译码驱动电路、控制电路等几个部分，其设计结构简单、控制方法新颖、精度高、可靠性好、成本低。1 系统概述1.1 系统基本要求该系统为一个十字路口的交通灯控制电路，具体要求为：（1）要求南北方向车道（以下称为甲车道）和东西方向车道（以下称为乙车道）两条交叉路口的车辆交替运行，每次通行时间都为 30s；（2）在绿灯和红灯的相互转换时，都要求黄灯先亮 5s，才能变换运行车道；（3）黄灯亮时，要求有频率地闪亮；（4）用显示器
3、计时。1.2 系统基本结构该系统主要由四部分组成 3：（1）脉冲信号发生器电路（2）计时电路（3）数字显示译码驱动电路（4）控制电路1.3 系统基本结构图系统基本结构如图图 1-1 所示。商丘师范学院学士学位论文（设计 ）2图 1-1 系统基本结构图2 设计过程2.1 脉冲信号发生电路的实现2.1.1 电路基本特点在数字电路或数字系统中，需要各种脉冲波形。例如时钟脉冲、控制过程中的定时信号等。我们可以采用脉冲信号产生电路或通过对已有的信号进行变换，来获取所需要的脉冲波形，以满足实际系统的要求 4。2.1.2 电路基本原理我们知道，含有惰性元件 C 或 L 的电路存在暂态过程，即有充放电现象。脉
4、冲波形就是利用惰性元件的充放电而形成的。脉冲电路主要应有惰性电路和开关两部分。开关是用来破坏稳定，使惰性电路产生暂态的。开关可用不同的电子器件来完成，如可用运算放大器、分立器件晶体三极管或场效应器，也可以用逻辑门。目前用的最多的是 555 定时电路 5。 本设计中，脉冲信号发生器可用一片 555 定时电路构成的多谐振荡器实现，脉冲周期为 1s，其计算公式为 T1=（2R2+R1）C ln2，以此信号作为下一步记时电路的 CP。2.1.3 原理电路图原理电路参见图 2-1。商丘师范学院学士学位论文（设计 ）3图 2-1 矩形脉冲产生电路2.2 计时电路的实现2.2.1 电路基本特点本设计中，我们
5、要实现三十五进制循环减数计数。即要实现从 0011010000000000 循环计数，这就要用到集成计数器 6。2.2.2 电路基本原理集成计数器 74LS192 可实现 N 进制减数计数。以六进制为例（参见图 2-2） ，计数从 0101 至0000，置数端 A3A2A1A0=0101，计至 0000 时，电路返回到 1001 开始新一轮循环，此时，置数端CR=Q3Q0=0，立即将计数状态置为 0101，电路从所置的 0101 开始减法计数。如果我们进行推广，两片 74LS193 的级联可以成为 100 进制加法计数器和减法计数器，适当连接 0 端或置数端，可实现 N 100 的任意进制计数
6、。图 2-2 六进制减数计数器2.2.3 原理电路图原理电路图参见图 2-3。图 2-3 三十五进制减数计数器2.3 数字显示译码驱动电路的实现2.3.1 电路基本特点及原理在 2.2 中，我们已经实现了以 00110100-00000000 的循环减数计数，但仅仅是数字信号。本设计中，要把数字信号以阿拉伯数字的形式表示出来，以方便行人。因此，我们要用到数字显示译码器。商丘师范学院学士学位论文（设计 ）4数字显示译码器是用来驱动数码管的 MSI。数码管根据发光段数可分为七段数码管和八段数码管，发光段可以用荧光灯材料（称为荧光数码管）或发光二极管（称为 LED 数码管）或液晶（称为 LCD 数码
7、管） 。本设计中采用 LED 数码管 7。2.3.2 原理电路图原理电路图参见图 2-4。图 2-4 数字显示译码驱动电路2.4 控制电路的实现2.4.1 电路基本特点控制电路分为两部分：译码电路和译码以后实现红绿灯交替工作的电路。要想详细了解电路的特点，首先应了解交通灯的实际工作过程 9。当启动交通灯系统开关后，交通灯开始工作：某方向（假设为甲方向）红灯亮，乙方向绿灯亮，LED 数码管从 34s 开始减数记数；30s 后，甲方向的红灯、乙方向的绿灯继续亮，两方向的黄灯都有频率地闪亮，LED 数码管从4s 开始减数记数；5s 后，甲方向绿灯亮、乙方向红灯亮，两方向的黄灯都灭，LED 数码管返回
8、到 34s 开始减数记数；30s 后，甲方向的绿灯、乙方向的红灯继续亮，两方向的黄灯有频率地闪亮，LED 数码管从4s 开始减数记数；5s 后，甲方向红灯亮、乙方向绿灯亮，两方向的黄灯都灭，LED 数码管返回到 34s 开始减数记数；依此循环往复。由此我们可知，甲方向的红灯和乙方向的绿灯、甲方向的绿灯和乙方向的红灯，两方向的的黄灯有着相同的工作状态，为了方便，把它们分别用导线连接起来，参见图 2-5。商丘师范学院学士学位论文（设计 ）5图 2-5 交通灯内部联系图2.4.2 控制电路基本原理在图 2-3 中，两片级联的 74LS192 的 Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0 端，当此端为 000
9、0000-00000100 时，黄灯亮，用“0”表示；当此端为 00000101-00110100 时，黄灯灭（红灯或者绿灯亮），用 “1”表示 8。我们可以画出 Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0 端与输出端 Y 的逻辑图。为了方便起见，我们用观察法建立。Q7、Q 6 始终为“0”，所以直接接地即可。当 Q5、Q 4、Q 3 有一个为“1”是，输出 Y 为“1”；当 Q5、Q 4、Q 3 都为“0”时，且 Q2、Q 1、Q 0 为 000-100 时，输出 Y 为“0”，反之为“1”。因此我们可以建立 Q5Q4Q3Q2Q1Q0 端与输出端 Y 的大致逻辑图，见图 2-6。图 2-6 Q5Q4Q
10、3Q2Q1Q0 端与输出端 Y 逻辑图由于 Q2、Q 1、Q 0 与 F 的逻辑表达式尚未确定，所以图中用“？”表示。现在我们建立 Q2、Q 1、Q 0 与 F 的逻辑表达式。列真值表：表 2-1 F 的真值表Q2 Q1 Q0 F1 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 011100000商丘师范学院学士学位论文（设计 ）6卡诺图化简变换图 2-7 卡诺图化简变换图得到 12012QF可画出 Q2、Q 1、Q 0 与 F 的逻辑图，如图 2-8。从 Y 端出来的信号的特征为：30s 一个高电平，5s 秒一个低电平，然后再 30s 高电平循环。让黄灯电平有效，
11、直接接 Y 端便可实现黄灯的功能。要实现红绿灯在高电平到来时能交替工作，还必须加一个前沿触发的 D 触发器 10。 图 2-8 黄灯功能实现逻辑图2.4.3 控制电路原理图控制电路原理图参见图 2-9。图 2-9 控制电路原理图3 黄灯有频率闪亮的实现商丘师范学院学士学位论文（设计 ）7要实现黄灯按照一定频率进行闪动，可以让脉冲信号发生器输出的脉冲信号与图 2-9 中的 Y 非端，再通过一个与门再接黄灯即可。参见图 2-10。图 2-10 黄灯有频率闪亮实现图4 结语交通灯数字控制电路可以控制十字路口的交通信号灯电路，具有电路简单、控制方便、经济实用、可靠性强等特点，具有一定的实用价值，同时为
12、同类控制电路设计提供了参考，具有一定的推广价值。致 谢几个月的毕业设计即将结束，突然知道大学生活将悄然离去，似心喜，似彷徨。首先对我的指导老师朱玲老师致以最深的感谢。在朱玲老师的指导下，我已基本完成毕业设计。在设计的过程中，朱玲老师细心的帮助我，指导我，使得我的设计能完成，在这里祝朱玲老师工作顺利！其次我要感谢我的父母。这篇并不太长的毕业设计，不仅使我想到半年来的的艰辛工作，两年来的寒窗苦读，更是我人生最重要的一段时间的一个句号。我从一个从未离开父母庇护的懵懂少年成长为一个懂得人间寒暑的高校毕业生，其间的痛苦，父母陪就我承担；其间的欢笑，父母陪与我分享。父母付出了太多的艰辛。祝父母身体健康！最
13、后还要感谢同学们的帮助。正是由于你们在生活和学习上对我的帮助，才使我这篇毕业设计得以顺利完成。如果没有你们的帮助，我想我时不会这么顺利完成毕业设计的。祝福电气自动化的所有兄弟姐妹们工作顺利，前程似锦！再次谢谢所有帮助过我的人们，谢谢更参考文献1 段大任，段里任.道路交通自动控制.北京:人民公安大学出版社，1999:31-422 任中民.交通灯数字控制系统的电路设计.辽宁省交通高等专科学校校报.2005，03：9-153 王毓银. 脉冲与数字电路.北京：高等教育出版社，1999：15-304 岳怡.数字电路与数字电子技术.西安：西北工业大学出版社，2004：70-905 唐颖.数字电路.重庆:重庆大学出版社，2004：22-476 江晓安等.数字电子技术.西安：西安电子科技大学出版社，2002：10-1507 章家岩，谢富春.城乡交通灯控制系统电路设计.国外电子元器件.2004，11：25-308 陈宗梅.交通灯数字控制系统的电路设计.重庆职业技术学院院报.2005，02：56-619 Dietrich, E. Wolf. Cellular automata for traffic simulations. Physica A, 1999, 263:438-451.10 Neslon,V.P.数字逻辑电路分析设计.北京:清华大学出版社，1997：19-23
