交通信号灯控制器设计

1 前言 红绿交通灯自动控制系统在城市十字 （或丁字）路口有着广泛的应用。随着 社会的进步，人们生活水平的提高，私家车数量会不断增加，对城市交通带来前所为有的 压力。道路建设也将随之发展，错综复杂的道路将不断增多。为维持稳定的交通秩序，红 绿灯自动控制系统将得到更为广泛的应用。无论在大城市还是中小城市街道的十字路口， 每条道路都各有一组红，黄，绿信号灯，用以指挥车辆和行人有序地通过十字路口。红灯 （R）亮表示该道路禁止通过；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通过。交通灯 控制器即交通信号定时控制系统就是用来自动控制十字路口三组红、黄、绿三色交通信号 灯，指挥各种车辆和行人安全通信，以实现十字路口交通管理的自动化。本设计应用基本 数字电路知识，采用 LED 灯作红、绿、黄三交通灯，用数码管作同步倒计时显示，实现两 方向通行时间相等的控制并配有倒计时。 2 目录 第一章．系统概要 3 1.1 设计思路3 1.2 原理和总体设计方案4 1.2.1 原理 4 1.2.2 总体设计方案构思 4 1.3 功能的划分及组成4 第二章.总的设计方案5 2.1 设计任务及主要技术指标和要求5 2.2 工作流程5 2.3 工作流程图 6 2.4 方案设计 6 2.4.1 方案构思 6 2.4.2 方案的可行性论证 6 第三章．单元电路设计 7 3.1 秒信号产生电路 7 3.2 主控电路（交通灯信号状态控制器设计） 8 3.2.1 状态指令和编码 8 3.2.2 求交通灯控制函数及电路 9 3.3 定时译码显示系统的设计 11 3.3.1 定时电路 11 3.3.2 计数译码显示电路 12 第四章 元器件选择及介绍13 第五章.电路调试设计总结17 附录 1完整的设计电路图 附录 2元器件清单 参考文献 3 交通信号灯控制器设计 摘要 分析交通信号灯控制系统应用要求及设计原理，设计出能够满足实际应用要求的交 通信号灯控制器。通过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、绿交通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。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法 为基础来实现设计交通控制信号灯。 关键词控制、计数、译码、显示、时钟信号。 设计要求 1.定时控制主干道绿灯亮 45 秒，支干道绿灯亮 25 秒； 2.每次由绿灯变为红灯时，应有 5 秒的黄灯亮作为过渡； 3.分别用红、黄、绿色发光二极管表示信号灯； 4.设计计时显示电路。 第一章.系统概要 1.1 设计思路 ①系统中要求有 45 秒，25 秒和 5 秒的三种定时信号，设计三种相应的计时显示器电路。计 时顺序用顺计时。 定时的起始信号由主控电路给出， 定时时间结束的信号也输入主控电路， 并通过主控电路去开启和关闭种交通灯或启动另一种计 时电路。 ②系统要求定时显示电路的输入信号为秒脉冲信号， 设计一个可以实现秒脉冲输出的时基电 路。 ③主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自 45 秒，25 秒，5 秒三个定时信号。主控 电路可以控制各种交通灯的开启和关闭， 并反馈信号给计时电路， 触发与亮着的信号灯相 应的定时电路，使其顺时显示相应时间。 4 1.2 原理和总体设计方案 1.2.1 原理 如图 1，由一条主道和一条支道的汇合点形成的十字路口，两道上的车辆交替通过，为 确保车辆的安全,迅速通行,在交叉路口要求主车道和支车道两条交叉道的每个入口设置了 红,绿,黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯给行驶的车辆有时间停靠到 禁行线外 图 1 主支道汇成的十字路口示意图 主干道和支道交替允许通行，且主干道绿灯亮放行 45 秒，支干道绿灯亮放行 25 秒；每 次由绿灯变为红灯时，应有 5 秒黄灯亮作为过渡。 1.2.2 总体设计方案构思 如图 2 流程图，系统主要由控制器，定时器，显示器，译码器，信号灯和秒脉冲号发生 器组成。其中控制器是核心部分，由它来控制定时器和译码器的工作；秒脉冲信号发生器产 生定时器和控制器所需的标准时钟信号； 译码器输出两路灯的控制信号； 定时器是这个设计 方案中的难点， 要找到合适的元器件来分别实现三种不同时间的定时功能， 并且尽可能的使 其电路不过于复杂。 系统可以划分为妙信号产生电路， 交通灯信号状态控制器设计和定时译 码显示系统的设计来进行讨论。 1.3 功能的划分及组成 1．秒信号产生电路 2．交通灯信号状态控制器设计 3．定时译码显示系统的设计 5 第二章．总的设计方案 2.1 设计任务及主要技术指标和要求 如图 1 示意图，由一条主道和一条支道的汇合点形成的十字路口，两道上的车辆交替通 过， 为确保车辆的安全,迅速通行,在交叉路口要求主车道和支车道两条交叉道的每个入口设 置了红,绿,黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯给行驶的车辆有时间停 靠到禁行线外； ○ 1 .用红,绿,黄,三色发光二极管作信号灯,主道红,绿,黄三个信号灯,支道红,绿黄三个信 号灯。 ○ 2 .主干道和支道交替允许通行，主干道每次放行 45 秒，支道每次放行 25 秒。设计 45 秒 和 25 秒计时显示器电路。 ○ 3 .在每次由绿灯转换为红灯的过程中间， 要亮 5 秒黄灯作为过渡时间， 以使本设计应用基 本数字电路知识，采用 LED 灯作红、绿、黄三交通灯， ○ 4 .在丁字路口，每条道路各有一组红、黄、绿灯；用来指挥车辆和行人有序通行。其中红 灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。 2.2 工作流程