新型交通灯控制管理器

第一篇：新型交通灯控制管理器

天津职业技术师范大学

课程题目：新型交通灯控制管理器设计成员：王昕指导教师：谷金清

课程设计

徐盼盼 梁佳欣 邓裕明 孔维敬 1.题目

新型交通灯控制管理器 2.主要技术指标

东西南北两个方向的信号灯必须交替工作，显示采用LED光柱或数码管倒计时的方式，遇有紧急情况可人为将两个方向都设置为红灯。3.方案论证及选择

方案一：用时间控制交通灯的状态转换

（1）本方案的主要思想是用时间控制交通灯状态的转换，时间变化是有规律的。先南北直行红灯亮，而后黄灯亮3秒，再直行绿灯亮27秒，黄灯亮3秒；然后南北转弯绿灯亮，黄灯亮，南北交通灯都亮红灯；东西交通灯以同样规律变化。（a）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮3秒，黄灯亮时，绿灯灭。

（b）要求在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）时均有倒计时显示。所以基本符合现实功能，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。（2）基本功能、扩展功能分析

考虑交通灯的功能，一个十字路口至少需8组交通灯：东西南北各两组，一组指挥转弯，一组指挥直行。而设计的关键是控制交通灯的亮灭。考虑南北、东西方向灯的亮灭规律相同，故可以考虑用四组交通灯来模拟实际的八组交通灯：东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。可用计数器控制时间，在不同的时间显示不同的灯。根据设计分析，可以采用如下方案实现交通灯显示：通过计数来计时，不同的时间输出不同的使能信号，使各方向的不同交通灯显示不同的颜色。夜间车少需交通灯，则红灯、绿灯灭，黄灯闪烁使司机明白前方为十字路口，小心行驶。倒计时显示需设计不同的倒计时计数器，显示不同方向交通灯的显示时间，通过数码管显示时间，使行人方便

（3）方案二：当交通灯自动运行时，通行方向进行24S倒计时，其中绿灯时间为20S，在此期间禁行方向一直为红灯，计数器在交通灯变方向时重复计数。当调到手动状态时可提供脉冲让交通灯循环变快或变慢。电路还有夜间功能，夜间时打到此档，则电路停止循环工作，只有黄灯闪烁。当南北向绿灯亮，而东西向红灯亮时，使南北向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始下减，当减倒“00”时，南北向绿灯灭，红灯亮，而东西向红灯灭，绿灯亮。方案三：此方案红绿灯控制器主要有四块555和一些阻容元件接成单稳延时电路，四级电路首尾相接，依次延时触发，使交通灯依次出现一黄一红（色）信号，指挥行人和车辆在十字路口有秩序地通行（绿）---提醒注意（黄）---禁止通行（红）。当刚接通电源时，开启脉冲经IC(CD4011)门电路和R1、C1延迟，C2、R22微分后，触发IC2。IC2和R4～R7、C6组成单稳延时电路，其定时时间长短取决于K1的置档位置，延时td=1.1RC6,设定时间分别为60秒、45秒、30秒。暂稳结束时，IC2的3脚转呈低电平，经C3、R23微分后，其下降沿又触发IC3，形成第二级单稳延时，依次触发定时，完成绿色灯亮---黄色灯亮（8秒、10秒、12秒）---红色灯亮（60秒、45秒、30秒）的循环周期。

本线路为控制电路及指挥岗亭内的监控显示部分。若真正用于交通指挥，应使控制信号去激励固态继电器，然后去驱动三色光灯泡。经过讨论研究，方案二原理清晰，易于操作。4.电路仿真

4.系统组成框图

6.单元电路设计

本部分由三部分组成：脉冲发生部分、红绿灯显示、倒计时计数显示。

脉冲发生部分：下图为NE555组成的多谐振荡电路，产生1Hz的方波，用来计数器的CP信号。

红绿灯显示：由八位单向移位寄存器组成计数器电路，对时间t进行计数。经反相器及与门组成的译码器输出，分别控制东西南北各灯，其中黄灯为闪烁亮。

倒计时计数器：

7.总体电路图

8.调试过程及测试结果

按照电路图焊接完电路后，再依照管脚仔细检查电路，以确 保没有错误。由于本次电路比较复杂，而且有些芯片实验室暂时没有，所以只好用功能相近的芯片代替，因此管脚需要重新分布。把电路接上电源和单脉冲后开始调试电路，由于电路复杂，接线多，所以难免出现漏接，错接现象，因此我们认真调试，争取能把电路调试成功。开始时，数码管有个没有亮灯，而且代替交通灯的二极管只有红灯亮。并不符合测试电路的要求。于是我们仔细检查，发现数码管的电源端接线没有焊牢，导致没有显示。重新焊接后数码管正常显示。在输出脉冲时发现黄灯不停闪烁，按下夜间控制开关，黄灯闪烁，说明夜间部分没有问题。但是数码管没有按照24秒计时，我们检查计数器的工作状态，发现计数器置入数据时 可以进行减法运算，黄灯亮灭时红灯却没有亮，导致数据无法进行减法运算。仔细察看电路的计数器焊接点，终于发现 74LS190的CP脉冲端没有接入另一个74LS190的管脚，使其无法根据脉冲数据进行计数及减法运算。连接后，数码管正常计数。焊接过程中经常遇到的问题，如果不加以纠正将使电路无法工作，而且这个问题很难检查出来，也只能利用万用表检查，我们刚发现是由于接上电路发现发光二极管是一直点亮的，后来发现是由于一个焊点虚焊导致或门的一端输入为接空引起的。由于电路的复杂和焊接的繁杂，导致我们无法很好的仔细检查每个焊接点的错误，因此电路有时不稳定，数码管显示时隐时现。但最后我们还是终于把电路调试成功，完全符合课程设计的要求。9.主要元件清单

芯片：7448N、4个 74192N、4个 74LS164D、1个 74LS04、1个 74LS08、3个 74LS00、1个 NE555、1个 共阴数码管、4个 二极管：IN4007、6个

电阻：240Ω、28个 470Ω、6个 1KΩ、1个 30KΩ、1个 电容：10微法 1个

发光二极管：红色2个、黄色2个、绿色2个 排针：P10、一排 导线若干 10.总结

电1302 34 王昕：本周的焊接电路实验我们选做的事交通灯控制电路，电路比较复杂，而且芯片有些也被代替了，但是我们仍然把这个电路做好了。在这期间我们查阅了大量的资料，并且上网查了有关管脚和电路图的信息，通过实践与理论相结合，了解了很多有关电路的原理，交通灯的构造和原理，每部分的原理都得到了充分的认识，脑子里有了模型有了理论后，再把理论付诸实践，使我们更加深了555和74LS系列的原理，在运用时才不会感到陌生。明白了校训“动手动脑”的意义。在这次课程设计中，我和组员相互配合相互帮助，在遇到很多困难时能够用乐观积极的心态来看待。我们合作的非常愉快，我想在团体设计中，团队精神是非常重要的。

电1302 39 徐盼盼：在这次实训过程中，开始时是设计阶段也没太在意，后来到动手的时候觉得遇见了好多没想到的问题，然后一个一个的解决，我想这也是最吸引我们的地方，当真正投入时才发现乐在其中。以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。在设计过程中，遇到了书本中不曾学到的情况。同时，由于是四人合作制作，是我们学到在将来大规模电路设计中，团体协作是多么的重要。在我们的通力协作之下，电路终于焊完了。但是我们同时也明白了我们在设计电路过程中的缺点和不足，理解了书本跟实践的区别，十分感谢学校的用心。一周的设计使我学到了很多，每天都在紧张地准备和操作中，不仅增强了我的专业知识，而且让我明白了不论在哪里都是自己学习的地方，都有自己学习的技巧。感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。

电1302 18梁佳欣：实训中很多时候我们只是照着电路图按部就班的焊接，并没有经过思考或者去论证其原理的对错，还有就是我们焊接时经常会造成虚焊和错焊，这就是我们焊接的基本功还没有达到的缘故，我希望在今后的设计中能够总结以往的经验教训，不但学习课本知识，而且还学习课外知识，这才是我们所要达到的目的。在这次实训中，我不但训练了焊接电路的能力，而且还学习了许多有关电路方面的知识，学习了很多电路原理和知识，并真切感受到理论联系实际的重要和必要性。两周的实验课程设计结束了，我们都从中学到很多东西，但是学习永无止境，课程设计给我们这个平台去展示自己，未来还有更多的需要自己学习的地方，更多需要展示自己的地方。我相信我们会越来越好。

电1302 04邓裕明：本周的实验课程设计的任务为交通灯控制管理器，确定任务后我们便从图书馆，网上查阅相关资料，分析其工作原理，结合我们的兴趣爱好，经过共同讨论，我们开始计算元件参数，并列出了元件清单。周二买到元件后，便开始对整个电路进行布局。在这个过程中，由于对原理图分析比较透彻，各个芯片的功能及其管脚的连接都作过仔细的分析，这一过程并没有遇到太大的困难。在组员的共同努力，不断讨论分析，仔细检查下，电路中终于调试成功。通过这一周的课程设计，发现动手的时候遇见了好多没想到的问题，然后一个一个的解决，我想这也是最吸引我们的地方，当真正投入时才发现乐在其中。而且我们对555及其74LS系列的芯片的功能都有了更深的了解和认识，提高了理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，同时，在整个过程中，我们首脑并用，共同讨论研究，彼此协作都非常愉快，增进了同学间的协作精神。11.参考文献

《电子技术基础》 作者：康文华 《电子电路设计与实践》作者：姚福安 《CMOS数字电路应用300例》作者：肖景和

第二篇：单片机控制交通灯的案例

单片机控制交通灯

AT89C51单片机及由Keil 软件编写单片机程序，并且通过Proteus仿真测试，设计一个交通灯系统，实现简单的交通灯的管理功能。在交通灯系统的管理中，用发光二极管模拟交通信号灯，用逻辑电平开关模拟控制开关。在交通繁忙时，交通信号灯控制系统应有手控开关，可人为地改变信号灯的状态，以缓解交通拥挤状况。

工作内容及最终成果：

十字路口的交通指挥信号灯控制要求如下：

（1）信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（2）南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。

（3）南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

（4）东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。（5）周而复始。

ORG

0000H

LJMP START

ORG

0040H START:

MOV

SP,#60H

LCALL STATUS0;初始状态(都是红灯)CIRCLE:

LCALL STATUS1;南北绿灯,东西红灯

LCALL STATUS2;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯

LCALL STATUS3;南北红灯,东西绿灯

LCALL STATUS4;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯

LJMP CIRCLE STATUS0:

;南北红灯,东西红灯

MOV DPTR,#8300H

MOV A,#0FH

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#10

;延时1秒

LCALL DELAY

RET STATUS1:

;南北绿灯,东西红灯

MOV DPTR,#08300H

MOV A,#96H

;南北绿灯,东西红灯

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#200

;延时20秒

LCALL DELAY

RET STATUS2:

;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯

MOV DPTR,#8300H

MOV R3,#03H

;绿灯闪3次 FLASH:

MOV A,#9FH

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#03H

LCALL DELAY

MOV A,#96H

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#03H

LCALL DELAY

DJNZ R3,FLASH

MOV A,#06H

;南北黄灯,东西红灯

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#10

;延时1秒

LCALL DELAY

RET STATUS3:

;南北红灯,东西绿灯

MOV DPTR,#8300H

MOV A,#69H

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#200

;延时20秒

LCALL DELAY

RET STATUS4:

;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯

MOV DPTR,#8300H

MOV R3,#03H

;绿灯闪3次 FLASH1:

MOV A,#6FH

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#03H

LCALL DELAY

MOV A,#69H

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#03H

LCALL DELAY

DJNZ R3,FLASH1

MOV A,#09H

;南北红灯,东西黄灯

MOVX @DPTR,A

MOV R2,#10

;延时1秒

LCALL DELAY

NOP

RET DELAY:

;延时子程序

PUSH 2

PUSH 1

PUSH 0 DELAY1:

MOV 1,#00H DELAY2:

MOV 0,#0B2H

DJNZ 0,$

DJNZ 1,DELAY2;延时 100 mS

DJNZ 2,DELAY1

POP 0

POP 1

POP 2

RET

END

第三篇：十字路口交通灯控制设计

网络教育学院

《可编程控制器》大作业

题

目： 十字路口交通灯控制设计

学习中心： 辽宁彰武电大学习中心 层 次： 高中起点专科 专 业： 电力系统自动化技术

年 级： 2015 年 秋 季 学 号： ***6 学生姓名： 陈 润 泽

题目五：十字路口交通灯控制设计

起动后，南北红灯亮并维持30s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，东西绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，东西黄灯亮，黄灯亮2s后，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。南北绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，南北黄灯亮，黄灯亮2s后，南北红灯亮，东西红灯灭，东西绿灯亮。依次循环。

十字路口交通灯控制示意图及时序图如下图所示。

设计要求：（1）首先对可编程序控制器（PLC）的产生与发展、主要性

能指标、分类、特点、功能与应用领域等进行简要介绍；

（2）设计选用西门子S7－200 系列PLC，对其I/O口进行分配，并使用STEP7-MicroWIN编程软件设计程序梯形图（梯形图截图后放到作业中）；

（3）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。

设计背景 1.1 背景概述

本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求，形成一个较为成型的产品，则需要作更多、更深入的研究。

1.2 可编程逻辑控制器简介

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称 PLC)根据国际电工委员会(IEC)在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。十字路口交通信号灯PLC控制系统简介 2.1 控制对象及要求 2.1.1 控制对象

本系统的控制对象有八个，分别是： 东西方向红灯（R—EW）两个； 南北方向红灯(R—SN)两个； 东西方向黄灯（Y—EW）两个； 南北方向黄灯(Y—SN)两个； 东西方向绿灯（G—EW）两个； 南北方向绿灯(G—SN)两个； 东西方向左转弯绿灯(L—EW)两个； 南北方向左转弯绿灯(L—SN)两个。2.1.2 控制要求

1、系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作；

2、交通信号灯按高峰时段、正常时段及晚上时段进行控制，这三个时段的的时序分配如图1所示；

3、在高峰时段，交通信号灯按图2所示时序控制；

4、在正常时段，交通信号灯按图3 所示时序控制；

5、晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。

2.2 系统简介

本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定的智能性，即它可以对交通灯按高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。高峰期的控制方案为：

（1）南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；

（2）南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；

（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5）东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；

（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。

正常期的控制方案为：

（1）南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2）南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯继续亮；（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；

（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5）东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；

（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。

晚间的控制方案为：

东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。

2.3 硬件选型

城市道路交通信号控制是典型的开关量顺序控制，采用PLC能充分利用它的优点。在这里我们采用德国西门子公司的S7-200可编程控制器，它是积木式结构，安装比较方便，中央处理单元和信号模板有多种类型，另外还具有如位控单元、PD调节等特殊功能模块。根据本系统输入点数及控制要求，中央处理单元可选用CPU224，该CPU板上本身具有10个数字量输入点，6个非隔离数字量输出点，最多能够带8个数字量信号模板。

电源模块将交流电源转换成供CPU，存储器等所有扩展模块使用的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心，它的好坏直接影响到PLC的稳定性和可靠。S7-200属于小型PLC，电源模块与CPU模块封装在一起，通过连接总线为本机和扩展模块提供+5V（DC）电源。同时，还可通过端子向外输出一个+24V（DC）电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。需注意的是，从资料中我们了解到，外部电源不可与S7-200的传感器电源并联使用。否则，交会导致两个电源的竟争而影响它们各自的输出，缩短其使用寿命，使得一个或两个电源同时失效，使PLC系统产生不正确的操作。正确的使用方法是S7-200的传感器电源和外部电源应该在不同的点上提供电源，而两者之间只能有一个会共连接点。

由于根据控制要求所确定的输入输出点分别人二个和九个，由于我们是以一个路口信号单独控制为例，考虑到够用为准。所以我们选择了CPU224这一具有较强控制功能的控制器。

另外，在硬件选型时，不要忘记完成现场测试及软件编程时所需的一些设备。综上，得到系统硬件配置如表1所示：

表1 硬件配置表 名 称 数 量 DC24V电源 1 CPU224 1 PC/PPI编程电缆 STEP7编程软件 1 PC机 1 3 系统I/O分配

分析PLC的输入和输出信号,在满足控制要求的前提下,要尽量减少占用PLC的I/O点。由系统控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号。由PLC的输出信号控制各指示灯的亮、灭。在交通灯布置图中，南北方向的三色灯共六盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭；所以，可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也依次设计。再加上东西方向左转的三色灯共九盏，所以其占9个输出点。由此可得系统I/O分配如表2所示：

表2 系统I/O分配表

输入/输出 设备/器件名称 I/O地址 输入 校正当前时钟 I0.0

符号名 数据类型 1

SB0 BOOL 程序启停按钮 I0.1 SB1 BOOL

Q1 DINT 输出

东西方向绿灯 Q0.0 东西方向黄灯 Q0.1 东西方向红灯 Q0.2 南北方向绿灯 Q0.3

Q2 DINT Q3 DINT Q4 INT

南北方向黄灯 Q0.4 南北方向红灯 Q0.5

Q5 INT Q6 INT

Q7 INT Q8 INT 东西方向左转弯灯 Q0.6 南北方向左转弯灯 Q0.7 4 软件设计

本控制系统的控制原理是：用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时钟进行初始化，用一路数字量的不同输入状态分别用作程序的启动和停止控制，每一方向有红、黄、绿及转弯四种信号灯，分别对应四位数字量输出，两个方向共有8位数定量输出；在某一方向用两个延时脉冲定时器分别控制该方向黄灯闪烁的亮、灭时间，根据道路人车流量多少，分别设置各信号灯亮灭时间的长短，通过6个定时器依次交替工作，就可实现各方向交通信号灯的顺序工作。本文所设计的软件由一个主程序和四个子程序（时钟初始化子程序，晚间时段交通灯控制子程序，正常时段交通灯控制子程序和高峰时段交通灯控制子程序）组成。主程序主要任务包括：读取两个开关状态，根据开关的不同状态做出相应的处理，当开关SB0闭合时则对时钟进行初始化，反之则不对时钟进行初始化；当开关SB1闭合时，则读取时钟值，并做处理，根据处理后的时钟值的大小判定当前时间是属于哪个时间段，并调用相应的交通灯控制子程序，反之，则停止程序的运行主程序流程图如图5所示。晚间时段的控制规律为：两个方向的四个黄灯均按亮0.4秒灭0.6秒的规律闪烁，其余的交通灯全灭程序中将用到两个定时器T37和T38，各定时器的功能如表3所示。正常时段的控制方案结构图如图6所示，程序中将用到8个定时T37-T44，各定时器的功能如表4所示。高峰时段的控制方案结构图如图7所示，程序中将用到8个定时T37-T44，各定时器的功能如表5所示。

该程序实现了信号由东西左转、东西直行、南北直行依次循环变化。其优势思路简单，容易理解，对时钟的校正以及各时段的起始时间和终止时间的修改方便。如路口要求在晚上10：00以后实行各方向黄色信号灯闪烁功能，只需要将实时采集PLC的时钟信号作为一个子程序的跳转条件，再增加一段闪光程序即可。如果需要将几个路口集中到一台PLC控制，根据实际需要的I/O点数，硬件上再增加相应的数字量输出模板即可。需要指出的是，用PLC实现城市道路关通信号控制，最好几个路口共用一套PLC，这样可以大大降低工程成本。

表3 晚间时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器 t0 t1 T2 T37 定时0.4秒 开始定时，黄灯亮 定时到，输出ON且保持；黄灯灭 开始下一次循环的定时 T38 定时1秒 开始定时 继续定时 定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环的定时，黄灯亮。

表4 正常时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 T37 定时10秒 开始定时,南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。定时到，输出ON且保持；南北转弯灯灭，南北绿灯亮，东西红灯继续亮。开始下一个循环定时

ON ON ON ONT38 定时40秒 开始定时 继续定时 定时到，输出ON且保持；南北绿灯灭，南北黄灯闪烁，东西红灯继续亮。T39 定时45秒 开始定时 继续定时 继续定时 定时到，输出ON且保持；南北黄灯灭，东西转弯灯、南北红灯亮，东西红灯继续亮。ON ON 开始下一个循

ON ON ON 开始下一个循环定时 环定时 T40 定时55秒 开始定时 继续定时 继续定时 继续定时 定时到，输出ON且保持；东西转弯、东西红灯灭，东西绿灯亮，南北红灯继续亮。一个循环定时 T41 定时85秒 开始定时 继续定时 继续定时 继续定时 继续定时 定

时

ON 开始下到，输出ON且保持；东西绿灯灭，东西黄灯闪烁，南北红灯继续亮。开始下一个循环定时 T42 定时90秒 开始定时 继续定时 继续定时 继续定时 继续定时 继续定时 定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环定时；东西黄灯、南北红灯灭，南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。

表5 高峰时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 T37 定时10秒 开始定时,南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。定时到，输出ON且保持；南北转弯灯灭，南北绿灯亮，东西红灯继续亮。开始下一个循环定时

ON ON ON ONT38 定时45秒 开始定时 继续定时 定时到，输出ON且保持；南北绿灯灭，南北黄灯闪烁，东西红灯继续亮。T39 定时50秒 开始定时 继续定时 继续定时 定时到，输出ON且保持；南北

ON ON ON 开始下一个循环定时 黄灯灭，东西转弯灯、南北红灯亮，东西红灯继续亮。ON ON 开始下一个循环定时 T40 定时60秒 开始定时 继续定时 继续定时 继续定时 定时到，输出ON且保T41 定时85秒 开始定时 继续定时 继续定时 继续定时 继续定时 定

时到，输出ON且保持；东西绿灯灭，东西黄灯闪烁，南北红灯继续亮。开始下一个循环定时 T42 定时90秒 开始定时 继续定时 继续定时 继续定时 继续定时 继续定时 定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环定时；东西黄灯、南北红灯灭，南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。持；东西转弯、东西红灯灭，东西绿灯亮，南北红灯继续亮。5 程序编辑

附录 源程序-STL语句 ORGANIZATION_BLOCK 主:OB1 TITLE=程序注解 VAR T:BYTE;//时钟值缓冲区 H:INT;//小时数存储单元 M:INT;//分钟数存储单元 SEC:INT;//秒钟数存储单元

Tim:WORD;//小时数乘100加分钟数乘10加秒钟数所得结果存储单元 END_VAR BEGIN Network 1 // 网络标题 // 网络注解 LD I0.0 CALL SBR0 //开关SB0闭合,调用SBR0(INIT)对时钟进行初始化 Network 2 LDN I0.1 //起动/停止开关SB1断开,则停止程序 STOP Network 3 LD I0.1 TODR LB0 //起动/停止开关SB1闭合,则起动程序,读取时钟 Network 4 LD I0.1 INCB LB0 Network 5 LD I0.1 INCB LB0 Network 6 LD I0.1 INCB LB0 //T加3指向小时存储单元 Network 7 LD I0.1 BTI LB0, LW1 //将小时由字节型转换为整型 Network 8 LD I0.1 MOVW LW1, VW16 *I +100, VW16 //将小时的数值乘以100 Network 9 LD I0.1 INCB LB0 //将T指向分钟存储单元 Network 10 LD I0.1 BTI LB0, LW3 //将分钟由字节型转换为整型 Network 11 LD I0.1 MOVW LW3, VW18 *I +10, VW18 //将分钟的数值乘以10 Network 12 LD I0.1 MOVW VW16, VW20 +I VW18, VW20 //将小时数乘100与分钟数乘10相加 Network 13 LD I0.1 INCB LB0 //将T指向秒钟存储单元 Network 14 LD I0.1 BTI LB0, LW5 //将秒钟由字节型转换为整型 Network 15 LD I0.1 MOVW VW14, LW7 +I LW5, LW7 //将小时数乘100与分钟数乘10相加所得的结果与秒钟数相//加得Tim Network 16 LDW<= LW7, 630序

CALL SBR1 //Tim小于630时,则调用SBR1(SUBE)子程 Network 17 LDW< LW7, 700 CALL SBR2 //Tim大于630小于700时,则调用SBR2(SUBN)子程序 Network 18 总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了74LS248，CD4510各两个，74LS04，74LS08，74LS20，74LS74，NE555定时器各一个。

2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

第四篇：基于FPGA的交通灯控制电路设计

基于FPGA的交通灯控制电路设计

关键字： 交通信号机 FPGA 脉冲发生器

目前交通灯广泛应用于道路交通建设中。本文设计一个十字路口交通灯控制电路，要求东西、南北两条干道的红、绿、黄交通灯按要求循环变化，并以倒计时方式指示干道通行或禁止的维持时间。在QuartusⅡ软件环境中设计、仿真，并在FPGA实验板上实现所设计电路的功能。

系统概述

1．1 设计思想

基于FPGA的交通灯系统控制设计包括4大模块，分别为脉冲发生、状态定时、交通灯闪烁的控制、闪烁时间的控制，基本原理如图1所示。

1．2 总体工作情况

交通灯控制要求如表1所示。

该设计的交通灯控制分为6个状态。由于各状态持续时间不同，所以电路的核心控制部分是状态机和定时器，状态机在定时器触发下周期性循环，状态码控制6个灯以一定的规律变化。变化情况如图2所示。

系统脉冲由FPGA开发板晶振经过分频电路实现。状态定时由74190可逆十进制计数器和T’触发器实现，只要置数合理，翻转信号到位，就可以使电路在东西(I)、南北(J)两个控制状态间翻转。红、黄、绿灯的闪烁由7485数字比较器和组合逻辑控制，其中7485数字比较器用于比较计数器当前持续状态和所需要的状态全部时间，并做出相应的变化。组合逻辑控制由AHDL文件编写真值表实现。时间显示由AHDL文件编写真值表实现，输入正确的逻辑，七段译码电路即能得到正确的时间显示。

1．3 各功能的组成

整个电路可以分为4大部分，包括脉冲发生、状态定时、时间显示和数字比较一组合逻辑控制。

1．3．1 脉冲发生

脉冲发生器为整个系统提供驱动，将输入端分配给FPGA实验板的PIN55引脚，则会由实验板上产生频率为10 MHz的输入脉冲，用7片7490，每一级都构成10分频电路，使频率从10 MHz降低为1Hz。

1．3．2 状态定时

状态定时可由预置BCD码初值的74190级联实现，构成减计数器。级联原则是：低位计数器从全0状态变为最大码值状态时可使高位计数器减1。级联方式分为异步和同步两种，本文采取的是异步级联方式，即低位计数器溢出信号控制高位计数器的记数脉冲输入端。可根据计数器的时钟触发方式，在低位计数器状态码从全“0”变为最大码值的瞬间，为高位计数器提供有效的计数脉冲边沿。具体做法是将低片位的溢出信号RCON端口接到高片位的计数脉冲CLK，实现两位BCD码的置数、翻转和借位，使系统表示的数字能在22～16之间循环。

74190功能说明：

(1)GN为计数器使能控制端，低电平有效。当GN为高电平时，禁止计数。

(2)DNUP为计数方式控制，接高电平为减计数，接低电平为加计数。

(3)LDN为异步预置数控制。当LDN为低电平时，计数器状态QD，QC，QB，QA分别等于D，C，B，A。

(4)计数器位序由高至低顺序为QD，QC，QB，QA。QD为最高位MSB，QA为最低位LSB。

(5)计数脉冲CLK上升沿有效。

(6)当计数器输出QDQCQBQA为十进制加计数的最大状态码“1001”或为减计数的最小状态码全“0”时，极值状态码指示MAX／MIN输出为高电平。

(7)当极值状态码指示MAX／MIN为高电平且CLK为低电平时，溢出信号RCON为低电平，即RCON与计数脉冲同步。

系统记数脉冲为1 Hz时，如表2所示，当I状态(东西控制状态)的定时时间为22 s，计数器应该先预置22的BCD码；同理，J状态(南北控制状态)之前应该预置16的BCD码。

状态计时电路由两片74190级联而成，构成22和16自翻转的电路。其要解决的核心问题包括置数，翻转和借位。根据74190芯片的特点，可分析其实现原理如图4所示，通过溢出信号RCON的上升沿实现借位，使得数字能够从20到19，个位向十位借位，顺利过渡。

置数和翻转之间有先后关系，即须先置数后翻转。如表3所示，分析两个BCD码各位特点，可知两者D7D6D3D0位均为1，D1位均为0，而D5D4D2位不同，如图5，D5D4D2位由状态电平S来控制，当为I状态时，计数器的预置的数为D5=0，D4=D2=1，而为J状态时，计数器的预置的数为D5=1，D4=D2=0，根据74190的功能，将2片74190的MAX／MIN引出，通过与非门，分别连在高位和低位的LDN置数端，通过分析可知，当计数器从01减到00时候，高低位的MAX／MIN均为高电平，经过与非门以后为低电平，74190被置数，其置数值由状态S来决定，S是由LDN端信号经过一个T’触发器决定的，即LDN信号每置数一次，S翻转1次，从而区分16和22状态。按这个结构，可分别置数16和22，使其实现自翻转。

图5为状态定时模块的实际连接图。

1．3．3 时间显示

时间显示要用到7段显示译码电路，由于是两位BCD码，故用二选一数据选择器。选择端S接一个频率很高的方波(如1 kHz)；数据比较器的输出和1 Hz脉冲作为AHDL模块的输入，即可正确显示时间。

为正确显示时间，用AHDL文件自编译码真值表如下：

1．3．4 数字比较一组合逻辑控制

该模块将状态定时模块输出的时间与时间节点进行比较，从而确定电路处于22 s或者16 s的具体的某个状态。由表1可知，东西(I)或南北(J)的控制状态都有3个阶段的控制逻辑，分别对应3个时间段：1～3 s，4～6 s和大于6 s，因此，采用数字比较器进行比较，确定定时值小于4 s或大于6 s，方法如图7所示，采用4片7485数字比较器，两两级联，其中一个由状态定时模块的输出与4即二进制0100比较；另一个由状态定时模块的输出与6即二进制0110比较。

编写组合逻辑真值表，将状态信号S，两个数字比较器的输出Y1，Y2和1 Hz脉冲作为输入，各个灯的状态作为输出。从而根据逻辑关系得出对应时间电路的状态，控制红、黄、绿灯处于不同的状态。S判断电路处于22 s状态还是16 s状态，Y1，Y2区分东西、南北六个阶段状态，1 Hz脉冲实现绿灯闪烁。电路的组构与调试

来用QuartusⅡ软件设计各个模块，并进行仿真。确认结果后，下载至FPGA实验板中，进行相应的硬件调试，调试结果与仿真结果相一致。图8为仿真波形，系统上电需要调整的过程，因此电路正常工作前重复了22s的状态。

第五篇：十字路口交通灯控制毕业设计答辩题目

十字路口交通灯控制毕业设计答辩题目

1．PLC控制系统设计的基本内容？本文选择西门子可编程控制器S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。

2．试述你设计的十字路口交通灯控制时序关系？信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。

南北红灯亮维持30S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持25S。到25S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

3．试述你选择的PLC的型号，它的输入是（1）、输出各是（7），留有多少裕量？一般留40%的.裕量

4．试述在PLC编程中，你是如何实现绿灯闪烁的？需脉冲源（时钟脉冲sm0.5）动作使南北绿灯闪烁，5．PLC控制系统设计的基本原则？ 1最大限度的满足被控制对象的控制要求

2在满足控制要求的前提下。力求使控制系统简单、经济使用和维护方面

3保证控制系统安全可靠

4考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应留有余量

6．在S7-200系列PLC中，定时器按工作方式分为哪几种类型，你在设计中用了哪几种类型？ 延时接通定时器、延时断开定时器和保持型延时接通定时器（TONR）。我用的是延时接通定时器(TON)、延时断开定时器(TOF)。

7．在S7-200系列PLC中，定时器按工作时基脉冲为哪几种类型，1ms、10ms、100ms三种。你在设计中用了哪几个编号的定时器?T33、T97、T98、T99、T100.其时基脉冲是多少？10MS 8．在S7-200系列PLC中，计数器按工作方式分为哪几种类型？加计数器、减计数器和加/减计数器等不同类型。

9．PLC有哪几种编程语言，请简要说明？

 梯形图（LD） 功能块图（FBD） 顺序功能图（SFC） 结构化文本（ST） 指令表（IL）

10．在十字路口交通灯控制中，你选用的灯具是那种类型，有什么优点？发光二极管.优点：价格便宜、经济实惠且耐用

11．PLC程序设计有哪几种方法？现在常用的是梯形图，除此外还有指令语言(STL)，功能图（SFC)12．PLC有哪三种输出电路，实训室用PLC的输出电路是哪一种？是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。实验室常用的是继电器输出

13．PLC控制系统中要用直流电源，现常用的是哪种直流电源？有什么优点？直流24V电源，可以显著地减少来自交流电源的干扰，在交流电源消失时，也能保证PLC的正常工作。14．试述PLC的定义？PLC[可编程控制器] PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程

15．PLC与微机相比，为何有更高的可靠性？

1.可靠性高，抗干扰能力强 2.通用性强、控制程序可变 3.使用方便

16．在PLC编程中，你用了哪几个特殊功能继电器，请说明？sm0.0：始终接通；

sm0.1：首次扫描为1，以后为0，常用来对程序进行初始化；

sm0.2：当机器执行数学运算的结果为负时，该位被置1； sm0.3：开机后进入run方式，该位被置1一个扫描周期； sm0.4：该位提供一个周期为1分钟的时钟脉冲，30秒为1，30秒为0；

sm0.5：该位提供一个周期为1秒钟的时钟脉冲，0.5秒为1，0.5秒为0；

sm0.6：该位为扫描时钟脉冲，本次扫描为1，下次扫描为0；

sm1.0：当执行某些指令，其结果为0时，将改位置1；