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