数电交通信号灯控制器设计

武汉理工大学《交通信号灯控制设计》课程设计说明书

交通信号灯控制器设计

1 方案设计意义及要求

1.1 方案设计意义

现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。

1.2 方案设计要求

运用模拟 电子技术和数字电子技术以及电路原理的相关知识设计出交通信号灯的控制电路，完成下列的要求：

1. 假设一路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯， 2. 然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。

3. 过25s转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。 4. 再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。

5. 过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。 6．最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。

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2 方案设计内容

2．1 方案设计思路

方案设计要求南北方向和东西方向的交通信号灯的周期不一样，南北方向是红灯30秒、绿灯25秒、黄灯闪烁3秒。东西方向是红灯25秒、绿灯20秒、黄灯闪烁5秒。但是南北方向和东西方向是相对称的，其交通信号灯的状态转换图如下：

状态1 南北红灯亮25秒 东西绿灯亮20秒 状态2 南北红灯亮 5秒 东西黄灯闪 5秒 状态3 南北绿灯亮20秒 东西绿灯亮20秒 状态4 南北黄灯闪 5秒 东西绿灯亮 5秒 图2-1 交通指示灯状态转换图

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2.2 方案设计

2.2.1 方案一（个人方案）设计原理

交通信号灯控制原理图如下图所示：

555定 时 器 计数器实现五进制 移位寄存器 计数器实现 五十五进制 南北方向信号灯 东西方向信号灯

图2-2 交通信号灯控制原理图

根据设计方案的要求，我们可以依据南北方向和东西方向交通信号灯的亮灭

情况画出以下的时序状态图：

图2-3 交通信号灯状态时序图

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首先用NE555定时器产生1Hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74LS161构成五进制计数器，产生五进制数，并且每五秒自动清零，同时利用清零信号给74LS164移位寄存器一个脉冲信号，使移位寄存器每5秒发生一次移位，然后通过74LS164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒和30秒的循环控制，30秒后禁止信号输入移位寄存器，再过25秒信号又可以重新输入移位寄存器，这样就可以分别使东西方向和南北方向对应的红灯和绿灯亮和灭，最后用黄灯信号和脉冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一次，闪烁时间为5秒。

由于南北方向和东西方向的红灯和绿灯的亮灭的时间不相等，南北方向红灯亮30秒，绿灯亮25秒，黄灯闪烁5秒；东西方向红灯亮25秒，绿灯亮20秒，黄灯闪烁5秒，所以南北方向周期为30秒，东西方向周期为25秒，总周期为55秒。因此利用一片74LS161和构成五进制计数器的74LS161级联起来构成一个55进制的计数器，再利用其清零端接到74LS164移位寄存器的清零端，实现移位寄存器的每55秒清一次零，从而达到对南北方向和东西方向周期不相等的控制，达到方案设计的要求。总电路图见附录

2.2.2 方案二（小组方案）设计原理

人机交互界面 单片机微处理 人行道 信号灯 紧急情况 控制 主干道 信号灯

图2-4 方案二电路原理框图

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通过单片机写入符合题意的程序，之后小组的成员还一起讨论了，还增加了红灯时长可编辑、紧急情况的控制和人行道红路灯等附加功能，再接上一定的外围电路，通过程序控制I/O口的输出状态控制所接外围电路的状态来实现交通信号灯控制。总电路图见附录

2.3 方案比较

方案一是利用555定时器来产生1Hz的脉冲，利用数据选择器的选择功能和 移位寄存器的移位功能来实现对南北方向和东西方向不同周期的信号灯的控制， 电路的设计思维容易理解，但是所用到的元器件较多较复杂，电路的接线相对要 复杂。方案二是利用单片机处理器，通过软件编程来实现设计所要求的功能，简 单明了，便于控制，并且功能上的扩展性也很强，但是相对于方案一需要更高的 要求，要对汇编语言及单片机的工作原理有较深的理解。

3 单元电路原理设计

3.1 秒脉冲信号发生器设计

时钟信号产生电路主要由NE555定时器、电容和电阻组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号，电路图如下图所示：

图3-1 秒脉冲电路原理图

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