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交通信号灯控制电路的设计郭修涵

发表时间：2021/4/25 来源：《论证与研究》2021年3期作者：郭修涵翟威迪侯博文

[导读] 摘要：在现代城市中，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。有了交通灯之后人们的安全出行有了很大的保障。本设计是交通信号灯控制电路的设计，能够实现交通管理，能够实现主干道与支干道交替通行，主干道每次放行20s，支干道每次放行10s，每次黄灯亮时黄灯按1hz闪烁，同时对每种交通灯状态有倒计时显示的功能。由秒脉冲发生器

                                                  郭修涵翟威迪侯博文
                                （西华大学电气与电子信息学院四川成都 610039）
        摘要：在现代城市中，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。有了交通灯之后人们的安全出行有了很大的保障。本设计是交通信号灯控制电路的设计，能够实现交通管理，能够实现主干道与支干道交替通行，主干道每次放行20s，支干道每次放行10s，每次黄灯亮时黄灯按1hz闪烁，同时对每种交通灯状态有倒计时显示的功能。由秒脉冲发生器、计数器、译码显示器、红绿灯控制和辅助时序控制组成。实现十字路口交通的管制。
        关键词：交通灯；秒脉冲发生器；计数器；译码器
        引言：
        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。;因此，在本次课题为简易交通灯的课程设计中，通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法，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。本次设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,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。因此，在本次设计里，将以传统的设计方法，使用一些基本的逻辑器件以及与或非们为基础来实现设计交通控制信号灯。
        一、设计背景
        通过教学与自主设计的结合，设计交通信号电路增加了学习的趣味性，使对于学生来说识别电子设备的设计和内部结构更加方便。
        二、总体方案设计
        通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了三种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这三种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。
        （一）方案比较
         三个方案实现的功能一样，但方案一元器件多，方案二元器件连接复杂，有多个6非门和4与门组成的芯片，容易连接出错，而方案三电路更简洁明了，易于连接电路，所以选择方案三作为本次设计的基本方案。
         1、方案一
         根据状态图，得到交通灯的设计原理图

         实现原理：如图，通过一个驱动三个计时电路。这时译码电路和数码管只有一个对应同步显示计时内容。当这个时间段计完后，给状态控制电路输出格的脉冲。这时状态向后变化一个。同时又通过控制器的输出端控制红绿灯电路，又根据状态确定那个计时器工作。这样就完成了一计数单位的工作周期。
         2、方案二
         根据状态图，得到交通灯的设计原理图

如图：秒脉冲提供电源让计时电路工作。计时电路的作用是实现40秒、20秒、和5秒等三个计时，同时用译码器和数码管组成的显示电路来显示时间。在计完一个时段后计时器发出一个脉冲，驱动状态控制电路，使之状态发生改变。进而红、绿、黄灯亮暗改变，又完成了对计数器的置数。从而进行40秒、20秒、和5秒的自动切换。到此一个工作状态结束。进入下一个状态。
3、方案三

         如图：主要由控制电路、计数器、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，频率为1Hz，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，由控制电路控制定时器和译码器的工作。
        （二）方案论证
         方案一优点就是原理上易于实现，因为计数器分为3个，在原理逻辑上更直接。但缺点也很明显，就是浪费了大量的元器件，来重复实现一个模块功能，这是一种浪费。在工程上是绝不允许的。而元器件多了，连接电路时易发生错误。方案二则是方案一的优化，把三个计数器合为了一个，换句话就是用一个计数器实现三个计数功能。方案三以传统的设计方法，使用一些基本的逻辑器件以及与或非们为基础来实现设计交通控制信号灯，电路更简洁。
        （三）方案选择
         三个方案实现的功能一样，而方案三电路更简洁明了，易于连接电路，所以选择方案三作为本次设计的基本方案。
         参考文献：
        [1]王彩君杨睿周开.数字电路实验[M].北京：国防工业出版社，2006.
        [2]康华光.电子技术基础[M]（数字部分）.高等教育出版社.
        [3]谢自美.电子线路设计·实验·测试第三版[M].华中科技大学出版社.
        [4]康华光.电子技术基础[M].（模拟部分）.高等教育出版社.
        [5]李银华.电子电路设计指导[M].北京航空航天大学出版社.
        [6]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：高等教育出版社，2006
        [7]梅开乡.电子电路设计与制作[M].北京理工大学出版社，2010.1
        [8]陆应华.电子系统设计教程[M].国防工业出版社，2009.1
        作者简介：郭修涵（1999-），男，汉，四川省自贡市，本科，研究方向：信息工程。
        翟威迪（2000-），男，汉，四川省达州市，本科，研究方向：信息工程。
        侯博文（2000-），男，汉，重庆市永川区，本科，研究方向：信息工程。