交通灯控制系统设计
四川师范大学成都学院现代通信原理课程设计交通灯控制系统设计
学生姓名XXX
学号XXXXXXXXX
所在系XXXXXXXXXX
专业名称XXXXXXXX
班级XXXXXXXXXXXX
指导教师XXXXXXXXX
四川师范大学成都学院
二○一二年六月
交通灯控制系统设计
学生：XXX 指导教师：XXX
内容摘要：因为社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而笔者对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，最终笔者选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计，完成本次课设的题目。
关键词：PLC 交通灯程序报告设计
Traffic light control system design
Abstract：Along with the development of the society economy, the city transportation problem causes people's concern more and more. The coordination of the person ,car , the road threes relation, have become one of the important problems that the transportation management section demand resolve. The city transportation control system is the calculator that used for the city transportation data monitor. The transportation signal beacon control and transportation to appease comprehensive management system, it is in the modern city transportation supervision conductor system to constitute part most importantly.
Carry out the control method of the street corner transportation light system a lot of, can carry out with the standard logic spare part. Programmable preface controller PLC, single slice machine etc. Carries out the influence that the electric circuit wants to be subjected to the logic spare part, such as door, electric circuit to a large extent etc. with the standard logic spare part among them, adjust to try a work extremely not easy, and writer to single slice the luck use is not very either to acquaint with to the design development of carry on the system, therefore, the end writer chooses to use programmable controller PLC to carry out the design of the system function, completion originally time the lesson establish of topic.
Keywords:T he PLC transportation light procedure report design.
目录
前言 (1)
1交通信号灯的设计目的以及要求 (1)
2交通信号灯基本原理及设计方法 (2)
3主控制器 (4)
3.174LS90引脚排列图与逻辑图 (4)
3.274LS90的功能表及引脚功能 (5)
4计数器 (6)
4.1计数器的作用 (6)
4.2计数器的工作情况 (6)
4.3控制信号灯的译码电路的真值表 (7)
4.5状态译码电路 (9)
5译码显示电路 (9)
5.1共阳极LED七段数码管 (9)
5.274LS247译码器 (11)
5.2.1以下介绍各引脚的功能： (11)
5.2.2数码连接译码电路 (11)
5.2.3真值表 (12)
6555振荡器构成的秒脉冲电路 (13)
6.1555定时器的引脚 (13)
6.2555定时器构成的多谐振荡器 (14)
6.3555定时器工作原理 (15)
7组装和调试过程 (16)
8结束语 (17)
参考文献 (18)
交通灯控制系统设计
前言
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
中国最早的马路红绿灯，是于1908年出现在上海的英租。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。
当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注.随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。
1 交通信号灯的设计目的以及要求
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。本课题利用数字路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求：
★掌握系统设计的一般步骤和方法，掌握一个大的系统中各子系统之间的相互作用和相互制约关系；
★运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统。通过系统设计、电路安排与调试、写设计论文等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平。
★学会用中规模器件设计一个符合要求的系统，并熟悉常用中规模器件的用法。
晰；
★掌握连接实物图的一般步骤和方法，学会系统安装与调试的一般步骤和方
法；
★在实践中运用理论知识，培养实际动手能力； ★主干道的通行时间长于支干道的通行时间；
★每次由绿灯变为红灯或由红灯变为绿灯的前5秒四个路口要亮黄灯以提示过
往车辆及行人注意路灯变化，安全通行；
★设计正计时60s 、50s 计时数码实现电路，要求每秒钟改变一次数字； ★在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通
灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮5秒钟，以便让后来车辆准备停车。由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为60秒；而支干道通行时间为50秒。
2 交通信号灯基本原理及设计方法
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图2-1所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。
黄干
图2-1 路口交通指挥系统示意图
设主干道通行时间为N1，干道通行时间为N2，主、支干道黄等的时间均为N3，按主支干道通行的时间来看，设置N1﹥N2﹥N3。系统工作流程图如图所示。
图2-2 系统工作流程图
要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。
十字路口车辆运行情况只有4种可能：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为60s。2）60s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为50s。4）50s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。5s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图所示。
图2-4 状态转换图
3 主控制器
3.1 74LS90引脚排列图与逻辑图
十字路口车辆运行情况只有4种可能，实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。我采用二-十进制计数器74LS90
实现。采用反馈归零法构成4进制计数器,即可从输出端Q
B Q
A
得到所要求的4个状态。
图3.3-174LS90管脚排列图,逻辑图如图所示。为以后叙述方便，设X1=Q
B ,X0=Q
A
。
图3.1-2 主控制器的逻辑图
3.2 74LS90的功能表及引脚功能
表3.2-1 74LS90功能表
输入
输出
功能
清0 置9 时钟
QD QC QB QA
R(1)、 R （0） S9(1) S9(2) CP1 CP2 1
1
0 X
X 0 X X 0
清0
0 X
X 0
1
1
X X 1
1
置9
0 X X 0
0 X X 0
1
QA 输出
二进制计数 1
QDQBQC 输出
五进制计数
QA
QDQCQBQA 输出 8421BCD 码
十进制计数
QD QAQDQCQB 输出 5421BCD 码
十进制计数 1 1 不变
保持
如表7 4LS90功能表：7 4LS90逻辑功能为
★计数脉冲从CP1输入，QA 作为输出端，为二进制计数器；
★计数脉冲从CP2输入，QDQCQB 作为输出端，为异步五进制加法计数器； ★若将CP2和QA 相连，计数脉冲由CP1输入，QD 、QC 、QB 、QA 作为输出端
则构成异步8421码十进制加法计数器；
★若将CP1与QD 相连，计数脉冲由CP2输入，QA 、QD 、QC 、QB 作为输出端，
则构成异步5421码十进制加法计数器；
★清零、置9功能；
★第一，异步清零当 )1(0R 、)2(0R 均为“1”)1(9S 、)2(9S 中有“0”时，实现
异步清零功能，即QDQCQBQA=1001；第二，置9功能当)1(9S 、)2(9S 均为“1”;)1(0R 、
)2(0R 中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA=1001
4 计数器
4.1 计数器的作用
计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行60s 、50s 、5s 3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。 4.2 计数器的工作情况
计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始60s 计数；60s 后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5s 计数；5s 后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始50s 计数；50s 后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5s 计数；5s 后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。
根据以上分析，设60s 、50s 、5s 计数的归零信号分别为A 、B 、C ，则计数器的归零信号L 为：
L=A+B+C (4.2-1)
主控制器的状态转换信号。可选用集成异步十进制加法记数器(74LS90)。图4.2-1计数器。
CP
.
.
图4.2-1 计数器(利用74LS90正计数功能)
4.3 控制信号灯的译码电路的真值表
主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表。
表4.3-1 控制信号灯的译码电路的真值表