一  交通灯定时控制系统

   在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，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。

1、 设计任务及要求

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：

（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。

（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

选做扩展功能：

（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

2、设计原理

（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中：

TL ：表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则TL=0。

TY ：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST ：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。

                 图1 交通灯控制系统原理框图

（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图

一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1：

                             表1

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；

AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；

AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。

由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：

图2交通灯控制系统的ASM图

   （3）单元电路的设计

①定时器

定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。

②控制器

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：

                              表2

控制器的逻辑图自行设计。

③译码器

译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。译码器电路请自行设计。

               表3

3、设计内容与步骤

（1）在Multisim 工具软件中设计电路并进行仿真，仿真结果正确则进入下一步骤；

（2）安装、调试定时电路；

（3）安装、调试控制器电路；

（4）安装、调试译码器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能；

（5）安装、调试秒脉冲产生电路；

（6）完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。

4、参考元器件

集成电路：74LS74  1片， 74LS00  2片，74LS153  2片，74LS163  2片，NE555  1片

电阻：52K  1只，200  6只

电容：10F  1只 ，  0.1F  1只

其他：发光二极管  6只

5、 设计报告要求

（1）设计目的。

（2）设计指标。

（3）总体框图设计，有目标、状态分析、模块组成，并配有分析和原理说明。

（4）功能模块设计，可以多个方案，包括单独测试的原理图，并有详细原理说明。

（5）总电路图设计，有原理说明。

（6）实验仪器、工具。

（7）使用元器件。

（8）总结：遇到的问题和解决办法、体会、意见、建议等。

 

第二篇：(10)交通灯定时控制系统电路设计

中北大学

课程设计任务书

2012/2013 学年第   1   学期

下达任务书日期:    20##年 1月 4日
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