交通信号灯控制器设计.pdf

### 交通信号灯控制器设计详解 #### 一、主要技术指标与要求 1. **定周控制**：根据道路交通的实际需求设定绿灯时长。在本设计中，**主干道绿灯45秒**，**支干道绿灯25秒**。这种设置能够有效地平衡主次道路的交通流量，确保主干道的通行效率。 2. **过渡期黄灯**：为了保障交通安全，每次由绿灯变红灯时，设有**5秒黄灯亮**作为过渡。这一设计能给予驾驶员足够的反应时间，避免因突然变灯而引发交通事故。 3. **信号灯显示**：通过红色、黄色和绿色发光二极管(LED)来表示交通信号灯的不同状态。红色代表禁止通行，绿色代表可以通行，黄色则用于指示即将变化的状态。 4. **计时显示电路**：除了基本的信号灯控制外，还设计了计时显示电路，用于直观地显示剩余时间，帮助驾驶员判断是否能够安全通过交叉口。 #### 二、系统分析 ##### 2.1 十字路口交通指挥场景分析 在城市交通管理中，十字路口是交通流汇集的重点区域之一。本设计针对一个包含一条主干道和一条支干道的十字路口进行分析，每条道路上均设有三色信号灯。信号灯的工作模式如下： - **主干道方向**：绿灯亮，支干道方向红灯亮，主干道通车，时间为45秒。 - **主干道方向**：黄灯亮，支干道方向红灯亮，主干道不通车，时间为5秒。 - **支干道方向**：绿灯亮，主干道方向红灯亮，支干道通车，时间为25秒。 - **支干道方向**：黄灯亮，主干道方向红灯亮，支干道不通车，时间为5秒。 - 之后重复以上步骤。 这种工作模式确保了交通流畅的同时，也保障了行人与车辆的安全。 ##### 2.2 实现途径 - **数字电路组成**：可以通过设计数字电路来实现交通信号灯的自动控制。这种方式适用于较为简单的交通指挥需求。 - **单片机组成**：利用单片机的编程灵活性，能够更加灵活地实现复杂的控制逻辑。单片机方案可以根据实际交通情况进行动态调整，适应性更强。 #### 三、交通信号灯基本原理及设计方法 ##### 3.1 整机电路原理 为了实现上述交通信号灯的自动控制，控制电路主要包括以下几个部分： 1. **时钟信号发生器**：提供整个系统的时基信号。 2. **计数器**：用于定时和倒计时功能。 3. **主控制器**：负责控制信号灯的状态切换。 4. **信号灯译码驱动电路**：根据主控制器的指令控制信号灯的亮灭。 5. **数字显示译码驱动电路**：显示剩余时间和当前状态。 ##### 3.2 主控制器设计 主控制器的设计是整个交通信号灯控制系统的核心。控制器需具备四种状态，分别为Q0、Q1、Q2和Q3，通过状态转换实现交通灯的自动控制。 - **状态Q0**（00）：主干道绿灯亮，支干道红灯亮，主干道通车。 - **状态Q1**（01）：主干道黄灯亮，支干道红灯亮，主干道准备停车。 - **状态Q2**（11）：支干道绿灯亮，主干道红灯亮，支干道通车。 - **状态Q3**（10）：支干道黄灯亮，主干道红灯亮，支干道准备停车。 通过使用4位二进制同步加计数器74161和两片74151数据选择器，可以实现上述状态及其转换。此外，还需要设计真值表来确定每个状态下的输出信号。 ##### 3.3 计数器设计 计数器用于实现倒计数功能，采用74190芯片实现。计数器的工作模式为： - **主干道红灯亮时**（状态Q2和Q3）：红灯持续时间为50秒。 - **支干道红灯亮时**（状态Q0和Q1）：红灯持续时间为30秒。 输入1Hz的脉冲信号，实现每秒计数一次的功能。 ##### 3.4 控制信号灯的译码电路 信号灯的控制通过主控制器的输出状态来实现。根据S1和S0的状态，控制主、支干道上红、黄、绿三种颜色的LED灯的亮灭。设计相应的真值表，并基于此真值表得出各个灯的逻辑表达式。 ##### 3.5 振荡及分频器——秒脉冲产生电路 采用石英晶体振荡器，并经多级分频电路后获得稳定的1Hz秒脉冲信号。这种秒脉冲信号对于计时器的准确性至关重要。通过使用特定的集成电路，如CC4060和CT74LS74D触发器等，可以实现秒脉冲信号的产生。 交通信号灯控制器的设计不仅需要考虑到硬件电路的设计，还需要深入理解交通流的特点以及交通安全的需求。通过对不同组件的合理设计和组合，可以实现高效、安全的城市交通指挥系统。