交通灯控制电路（C题）
一、任务
设计制作一个交通灯控制电路。
二、要求
1、基本要求
（1）设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒。支干道通行时，主干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。
（2）每次绿灯变红时，要求黄灯先闪烁3秒（频率为5Hz）。此时另一路口红灯不变。
（3）在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。 2、发挥部分
（1）时间可设置、可修改。
（2）同步设置人行横道红、绿灯指示。
（3）当各条路上任意一条出现特殊情况，如消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时，各个方向均是红灯亮，倒计时停止、且显示数字在闪烁。； （4）采用传感器或用逻辑开关代替传感器对车辆作检测，以应对突发状况。
三、评分标准
项 目 系统方案 理论分析与计算 设计 报告 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 总分 基本 要求 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 总分 主要内容 分数 14 14 6 9 7 50 50 15 15 15 5 50 发挥 部分 交通灯控制电路（C题）
摘要：从交通灯控制系统框图，可以看出总体的电路设计思想：首先由时钟脉
冲输出，然后由系统控制电路控制东西方向和南北方向的交通灯以及3秒倒计时提示的数字显示部分。交通灯的工作流程，即南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮；南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；而它的工作时序关系是：南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄灯和绿灯的时间之和；东西方向亮红灯时间应该等于南北方向亮黄灯和绿灯的时间之和；而倒计时部分的数字显示方式是做为红灯亮的时间提示，用一个脉冲信号控制黄灯，即在绿灯将要结束时起提醒行人的作用。用两片74190控制倒计时。
关键词：
脉冲触发 控制系统 计数器
2
ABSTRACT：From the traffic light control system block diagram, we can see that the ov
erall circuit design ideas: first, by the clock pulse output, and then by the system control circuit controls the direction of east-west direction and north-south traffic lights as well as the 3 seconds countdown prompted some of the figures.
Traffic lights work flow, that is, north-south direction of the red light, green light east-west direction; north-south direction of the red light, yellow light east-west direction; north-south direction of green light, red light east-west direction; north-south direction of yellow light, red light east-west direction; while it timing of work relationship is this: Red light north-south direction east-west direction of time should be equal to bright yellow and green of the time, and; east-west direction north-south direction of red light time should be equal to bright yellow and green of the time, and; while the countdown part of the digital displayed as a red light is the time to suggest that the yellow light with a pulse signal control, namely, the green light will be played at the end to remind pedestrians role. 74190 control with two countdown.
KEY WORDS Pulse Trigger control counter
3
目录
目录 .................................................................................................................................................. 4 1 引 言............................................................................................................................................. 5 2系统功能及基本原理 .................................................................................................................... 6
2.1 设计任务 ............................................................................................................................. 6 2.2 系统基本方案 ..................................................................................................................... 6 3 方案论证和比较 ........................................................................................................................... 7
3.1 计数器选择 ......................................................................................................................... 7 3.2 主干道和支干道红绿灯的设计 ........................................................................................ 7 3.3 人行道红绿灯设计 ............................................................................................................. 7 4 系统设计....................................................................................................................................... 8
4.1 脉冲发生器设计 ................................................................................................................. 8 4.2 计数电路的设计 ................................................................................................................. 8 4.3 主控电路 .......................................................................................................................... 10
4.3.1 红、绿灯控制电路的设计 ................................................................................... 10 4.3.2 黄灯电路的设计 ................................................................................................... 11 附录 ................................................................................................. 错误！未定义书签。
4
1 引 言
计时电路是交通灯控制电路的重要组成部分。通过计时电路实现对交通灯控制电路的倒计时控制。设置计数器的预置数可以适时有效的改变倒计时时间。通过一个脉冲发生器，可以有效地设置黄灯闪的次数，提醒行人信号灯将变为红灯。为了到达可以任意设置倒计时的目的。本系统将两片74190的输入端分别用开关连接，可以任意控制每一位上的开关，使其处在不同的电平上。从而达到目的。 本设计的主要特点：
1、利用开关可以任意设置倒计时时间。 2、设计黄灯的闪的次数，设计方案人性化。
3、设计出了人行道，模拟现实十字路交通灯控制系统，可以通过该系统，设计出一些紧急预案。
5
2系统功能及基本原理
2.1 设计任务
1、 设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒。支干道通行时，主干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。
2、每次绿灯变红时，要求黄灯先闪烁3秒（频率为5Hz）。此时另一路口红灯不变。
3、在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。 4、时间可设置、可修改。
5、同步设置人行横道红、绿灯指示。
2.2 系统基本方案
交通灯控制系统的原理框图如下。它主要由计时电路，主控电路和脉冲信号发生器组成。脉冲发生器是由555定时器产生，计时电路主要由两片74190构成，输出四组驱动信号经信号灯转换器（4片7448）来显示倒计时。控制电路是电路的主要组成部分。通过控制电路，来控制电路中的红灯、黄灯、绿灯的时间。
6
3 方案论证和比较
根据题目要求可知，本系统所涉及的核心问题主要有： 1、主干道和支干道的时间设置；倒计时的显示和时间的可改。 2、红灯、黄灯、绿灯的转换。黄灯的闪亮设置 3、同步设置人行道的红、绿灯指示。
我们分以下几个部分进行方案设计和比较论证。 3.1 计数器选择
计数器选用74190芯片来设计，74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专门的清零输入端，但可以通过QA、QB、QC、QD的端出数据间接实现清零功能。选用两片74190级联成一个从99到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器。再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连接起来，再接十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，同时十位数74190减1。 3.2 主干道和支干道红绿灯的设计
当倒计时开始后，到减到00时，产生一个脉冲，通过这个脉冲可以设计用来改变灯的状态。本系统将两片74190的输出通过一个或门然后取反作为一个JK触发器的时钟信号。然后通过它来触发电路的红绿灯来改变状态。题目要求当绿灯转为红灯时，需要先转为黄灯。所以需要把电路设计成红灯亮的时间等于绿灯亮的时间加上黄灯亮的时间，本系统通过设置电路来实现绿灯在倒计时为最后三秒时熄灭。然后用一个非门来实现黄灯的点亮。这样就能大大减小电路的复杂度。然后题目要求黄灯闪的频率为5Hz/s。因此可以采用一个脉冲发生器与控制黄灯的电路相与。
3.3 人行道红绿灯设计
由常识易知，当主干道的红灯亮时人行道的绿灯亮，当主干道的绿灯亮时人行道的红灯亮。为了设计简单，可以在主干道的绿灯上加一个非门连到人行道的红灯上，将主干道的红灯加一个非门连到人行道的绿灯上。同理，支干道亦可采用此设计方法。这样使设计简单化
7
4 系统设计
4.1 脉冲发生器设计
1．本系统电路连接及硬件资源分配见下图所示。采用555定时器设计而成。555定时器构成的多谐振荡器由一个R1=39千欧，两个R2=47千欧，C=10微法组成，通过公式f=1/(R1+2R2)clln2来产生1HZ的频率。它的作用是为74190提供一个时钟脉冲，使其触发工作。
4.2 计数电路的设计
计时电路主要由两个74190芯片级联而成，见图4.2。可最大实现从99倒计到00的功能，数值根据需要可通过开关的连接任意设计。
其中作为各位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为5HZ），用555多谐振荡器实现，再把个位数74190芯片的输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD相与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。
信号LD有两个芯片的8个输出端用或门相连起来，决定到计时是置数还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，指数完成后，LD变为1，此时与指数控制端LD有效工作，计数器开始倒计时，当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。
8
图4.2
如下图所示，本系统通过它来实现预置数的设置。
开关电路图
预置数（即车的通行时间）具体功能如下：8个开关分别接到十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。通过改变开关所接位置实现不同计数。本题要求主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒，所以将十位数74190芯片的D接0，C接1，B接1，A接0，而个位数74190芯片的D，C，B，A全部接0（如上面开关电路图）；同理，要求支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。，将十位数74190芯片的D接0，C接0，B接1，A接1，而个位数74190芯片的D，C，B，A全部接0。
9
4.3 主控电路
两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如下图所示：
4.3.1 红、绿灯控制电路的设计
图4.3.1
10
如上图所示，将两片74190的输出端通过一个与非门输出到JK触发器中，作为时钟脉冲。通过控制使得系统当倒计时到零时红灯的状态改变。题目要求绿灯变红灯时需要先变成黄灯。所以要设置当绿灯到最后三秒时熄灭。通过计算后确定电路的连接。实现此功能。
4.3.2 黄灯电路的设计
因为当绿灯变红灯之前要先变成黄灯，所以在倒计时只有最后三秒时，绿灯灭黄灯亮。为了设计简单，可以在绿灯的支路上加一个非门来实现，如图4.3.1所示。同时要求黄灯闪的频率为5Hz。所以可以用一个555定时器设计一个频率为5Hz脉冲发生器。设计图如下：
11
4.4总电路图设计
图4.4 总电路图
12
参考文献
[2] 全国大学生电子设计竞赛组委会. 第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001). 北京理工大学出版社, 2003.01
[3] 陈杰. 传感器与检测技术. 高等教育出版社,2002.02
[4] 沙占友. 单片机外围电路设计[M]. 北京：电子工业出版社, 2003.01 [5] 何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术. 北京航空航天大学出版社，1990.01
[6] 孙育才. ATMEL新型ATS51系列单片机及其应用. 清华大学出版社，2005.01
[7] 李宁. 运动控制系统[M]. 北京：高等教育出版社，2004.07 [8] 贾金玲. 单片机原理及应用. 电子科技大学出版社，2004.08 [9] 李杰. 51系列单片机输出PWM的两种方法. http://www.591mcu.net [10] Atmel. ATS51数据手册. http://www
13
