课程设计论文题目：交通灯定时控制系统的设计、制作学院： ____专业： ____学号： _____姓名： ________指导教师： _________完成日期：设计任务书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。

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。

目录一、交通灯设计原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4 二、单元电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (8)1、秒脉冲发生器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..82、定时器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯ ..93、控制器⋯...⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..114、译码器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯...⋯⋯ ..145、显示部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (16)6.整个交通灯控制系统的布局⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (17)三、仿真过程与效果分析 (17)四、元器件清单 (19)五、体会总结 (20)六、参考文献 (21)七、附录一．交通灯设计原理交通灯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个工作状态的定时。

图 1 交通灯控制系统的原理框图两方向车道的交通灯的运行状态共有 4 种( 因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的 , 所以不考虑 ) ，如表 1 所示表 1信号灯状态车道运行状态甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行甲红，乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。

表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。

绿灯亮足规定的时间隔 TL 时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。

表示甲车道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，乙车道禁止通行。

黄灯亮足规定时间间隔 TY 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。

表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔 TL 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。

（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。

表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。

黄灯亮足规定的时间间隔TY 时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（ 1）种工作状态。

交通灯以上 4 种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。

设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用 S0、S1、S3、S2 表示，则控制器的工作状态及功能如表 2 所示表 2 控制工作状态及其功能控制器状态信号灯状态车道运行状态S0（00）甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01）甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S2（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行S3（10）甲红，乙黄甲车禁止道通行，乙车道缓行控制器应送出甲、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；A R=1：甲车道红灯亮；BY=1 ：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的ASM 图，如图 2 所示。

设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当 S0 的持续时间小于25 秒时， TL=0（用判断框表示 TL ），控制器保持 S0 不变。

只有当 S0 的持续时间等于25 秒时，TL=1 ，跳转到S1，这时当S1 持续时间小于 5 秒时TY=0 ，控制器保持 S1 不变，只有当持续时间等于 5 秒时，控制器发出状态转换信号 ST（用条件输出框表示 ST），也就是说每跳转一次持续总时长为30 秒，然后转换到下一个S2 状态，满足条件又跳到S3 的总时长 30 秒工作状态。

依此类推可以弄懂ASM 图所示表达的含义。

AG BR AR BYS T1T L T Y1AR BGAY BR S T001T LT Y1图 2．画出交通灯控制器的ASM三．单元电路的设计（1）秒脉冲发生器脉冲信号发生器用的是555 定时器构成多谐震荡器，震荡频率为：f=1.43/(R1+2R)C电路图如下图：图3 秒脉冲产生器图 4 秒脉冲产生器结果（2）定时器定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号 ST 作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从 0 开始进行加 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 。

计数器选用集成电路74LS163 进行设计较简便。

74LS163 是 4 位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。

其功能表如表所示。

表中， LD ’为置数端， RD’为清除端， EP,ET 为使能端。

图4 则为两片 74LS163 连接的定时电路图。

表3 74LS163 功能表CLK RD’LD’EP ET工作状态X0X X X置零↑10X X预置数X1101保持X11X0保持（ C=0）↑1111计数图5 74LS163 组成定时器电路图还可以用 74LS160 来实现这个定时器。

但是由于该芯片不是二进制而为十进制计数器，在进行拓展是更加方便。

其定时器电路图如下：图 6 74LS160 组成的定时器电路图（3）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12、3 所示。

选用两个 D 触发器做为时序寄存器产生 4 种状态，控制器状态转换的条件为 TL 和 TY ，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝ 00状态时，如果 TL ＝ 0，则控制器保持在 00 状态；如果，则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1＝ 01 状态。

这两种情况与条件TY 无关，所以用无关项 "X" 表示。

其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号 ST。

表 3 控制器状态转换表根据表12、 3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1 和 ST 为 1 的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1" 用原变量表示，"0" 用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数，将触发器的现态值加到 74LS153 的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。

控制器原理图如图7 所示。

由两个双多路转换器74LS153 和一个双D 触发器 74LS74 组成控制器。

触发器记录 4 种状态，多路转换器与触发器配合实现 4 种状态的相互交换。

电路逻辑图如下：图 7 控制器逻辑图其原理为： CLK 分别送给 U7A 和 U7B 的 3 和 11 的清零端。

将 TY 接入 U4的5和U5的4和5；TY 非接入 U4的4；TL 接入 U4的 10 和U5 的 3 和 6；TL 非接入 U4 的 13。

如上图所示： 74LS74 两个D 触发器作为时序寄存器产生 4 种状态。

选用数据选择器74LS153来实现每个 D 触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。

(4 ）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 6 个信号灯的工作状态。

控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 4 所示。

表 4 控制器状态编码与信号灯关系表Q1Q0 AG 绿灯 AY 黄灯 AR 红灯 BG 绿灯 BY 黄灯BR 红灯00100001010100011100110010001010通过与门来简洁翻译成两路交通的亮灭，其中，黄灯的闪烁，是通过时钟信号的高低电平和Q1，Q0 的状态控制其亮灭及闪烁。

下图为译码器及交通灯部分的电路图：图 8 译码器及交通灯电路图其原理为：将定时器输出的TY 。

TY 非；TL 。

TL 非分别作用于控制器的芯片 74LS153 中，在 CLK 脉冲置于芯片74LS74 中会输出高低变化的电平。

控制器中的信号在送给由芯片74LS08 组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200 欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。

(5 ）显示部分显示部分由 74LS48 和共阴极七段数码管组成，74LS48 作为译码器，对 74LS160 的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160 的计数。

即交通灯需要显示的时间。

其设计如图下：图 9 显示部分电路图(6)整个交通灯控制系统的布局四．仿真过程与效果分析1.系统调试与结果（1）组装调试秒脉冲电路。

（2）进行定时电路的组装和调试。

当输人 1Hz 的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到 25 时，能输电有效的定时时间到信号。

（3）调试交通灯控制器以及显示部分。

（4）判断各部分电路之间的时序配合关系。

然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

最终调试如下：接上电源, 便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为 25 秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。