交通灯电路

⑴ 交通灯电路图

本设计中选用目前应用较广泛的VHDL硬件电路描述语言，实现对路口交通灯系统的控制器的硬件电路描述，在Altera公司的EDA软件平台MAX+PLUSⅡ环境下通过了编译、仿真，并下载到CPLD器件上进行编程制作，实现了交通灯系统的控制过程。 关键词：EDA；VHDL；控制器；CPLD

引言

EDA技术是用于电子产品设计中比较先进的技术，可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作，而且可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的支持，既缩短了研发周期，又大大节约了成本，受到了电子工程师的青睐。

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。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。因此，在设计中采用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现交通灯系统控制器的设计，利用MAXPLUSⅡ集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。

交通灯系统控制器设计要求

路口交通灯控制系统与其他控制系统一样，划分为控制器和受控电路两部分。控制器使整个系统按设定的工作方式交替指挥车辆及行人的通行，并接收受控部分的反馈信号，决定其状态转换方向及输出信号，控制整个系统的工作过程。

按照路口交通运行的实际情况，在本系统中，设定系统的工作情况如下。

路口交通灯控制系统的东西路有交通灯R(红)、Y(黄)、G(绿)；东西人行安全通道灯：RXR(红)、RXG(绿)。南北路有交通灯：r1(红)、y1(黄)、g1(绿)；南北人行安全通道灯：rxr1(红)、rxg1(绿)，所有灯均为高电平点亮。设置15s的通行时间和5s转换时间的变模定时电路，由预置输入整数cnt决定是模15还是模5，输入逻辑cx是用来决定计数到4时清零还是到14时清零。Clk是外部提供的基准秒脉冲信号。x0、x1、x2、x3是由控制器输出的表示计数时间的四位二进制数。图1是该系统控制器的符号框图。

控制器的程序设计

* 控制器的ASM图

根据系统设计要求，得到控制器的ASM图，如图2所示。在这里，所有输入信号均为高电平有效。该ASM图反映了交通灯系统的不同状态的转换过程及持续时间。

* 控制器的VHDL程序设计

根据所分析的系统的ASM图，结合系统的设计要求，用VHDL语言对各个模块进行编程，最后形成顶层文件，在MAX+PLUSⅡ环境下进行编译与仿真，检查所编程序是否运行正确。如果出现错误，需要进行修改，直到完全通过为止。需要说明的是，在进行程序编译时，要先从底层程序开始，所有底层程序都正确后，才能开始顶层程序的编译。这是因为顶层程序是对底层程序的概括，它是把底层程序各个模块连接起来，就相当于把每个模块的功能汇聚到一起，实现整个系统的控制功能，所以底层程序的正确与否，关系到顶层程序的运行结果。

在控制器的程序设计中，在定义结构体时，有两种程序设计方法均可以通过编译及仿真，但在进行时序分析时结果却不同。

(1)如果这样定义：

...
ARCHITECTURE con1_arc of con1 IS
SIGNAL current_state:state;
BEGIN
...

在进行程序调试时，均通过了编译及仿真，但在进行时序分析中，却出现了不按设定的计数顺序工作的结果：14, 13, 2,1, 0...。经过反复修改调试，对程序进行了修改，如(2)所定义的。

(2)

ARCHITECYTURE con1_arc OF con1 IS
SIGNAL current_state:state;
SIGNAL TEMP_STATE:state；
...
TEMP STATE<=current_state;
BEGIN
...

在这种设计方法中，多定义了一个信号变量，从而使得程序能按设定的状态14，13，12...进行转换。通过这个实例，可以看出EDA技术作为电子设计工具的功能修改及调试的方便快捷，即不需要硬件电路的支持就可以找到问题所在并进行修改，体现了它的优越性。

硬件电路实现

根据交通灯系统的控制要求，图3所示为本系统的硬件电路图。该电路包含了1个CPLD芯片，2个七段LED数码显示器，20个分别表示各个方向上的红、黄、绿灯，以及相应的限流电阻。这个电路与其他控制方法相比，所用器件可以说是比较简单经济的。经过实验，实现了预定的交通灯系统的控制功能。

⑵ 交通灯（红绿灯）是并联电路，还是串联电路

串联的两个或多个元件电流经过一个元件必然经过另一个元件当一个元件断开时，另一个也无法工作了！它们电流相等但是电压却不同！而并联的元件这互不影响一个断了另一个还可以继续工作，它们电压相同电流却不同！这就是所谓的串联分压，并联分流！
要想区分并联和串联，可以用电流流经法来判断两个元件是并联还是串联。模拟电流的路径。假设电流从电源的正极出来，如果流经甲元件想要回到负极则必须经过另一个乙元件，而没有另外的线路可以绕开乙元件独自回到负极，则他们是串联！如果可以绕开则为并联！
也可以用断路法，切断一根元件的导线，如果另一个不能工作，也就是说电流不能通过则为串联，如果电流可以通过另一个元件，使这个元件可以正常工作则巍为并联！

⑶ 如何用一片CD4011和两片NE555组成交通灯电路

用CD4011和NE555只能组成简易的自动控制的交通灯，见上图。

该控制器主要由四块555(IC2～IC5)和一些阻容元件组成的四级单稳态延时电路首尾相连而成。输入的8V电压经78M05稳压后为555提供VDD= 5V的电源电压。

当刚接通电源时，触发脉冲经IC1(CD4011)门电路和R1、C1延时，再经C2、R22微分后加到IC2②脚，触发IC2输出高电平，进入暂稳态，其暂稳态定时时间长短取决于K1的位置，延时td=1.1RC6，设定时间分别为60秒、45秒、30秒。暂稳态结束时，IC2③脚为低电平，其经C3、R23微分后，下降沿又触发IC3，形成第二级单稳态延时。如此依次触发定时，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。

本电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，则应使控制信号去激励固态继电器，然后去驱动发光灯泡工作。

⑷ 红绿灯的工作原理（具体）

交通信号灯控制系统主要由控制器、定时器、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。

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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

(4)交通灯电路扩展阅读：

红绿灯定时器：

定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下。

首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。

计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，交通灯的ASM图数控制端。

CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路。

⑸ 在交通灯设计电路中,74LS160和74LS138起什么作用

做交通灯用74ls160只能做加法计时器，而交通灯是倒计时的，要用减法计数器。减法计数器有74LS168，74LS192，这两个常用。是画仿真图吗？那就随便用什么都行。要是做实物，要看你手里暂时有什么芯片了。用计数器计数后，还要用译码器，可用CD4511，74LS48，可驱动共阴数码管。用74LS247，可驱动共阳数码管。74LS138(不是74hs138)用不上。用数字电路做交通灯，电路比较复杂，要做实物，有难度。要用单片机做，电路就简单多了。

⑹ 交通灯工作原理

红绿灯设有感应控制，在交叉口进口道上设置车辆检测器，交通信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。

感应控制的基本方式是单个交叉口得感应控制，简称单点控制感应控制。单点感应控制随检测器设置方式的不同可分为半感应控制和全感应控制。

把交通系统作为一个不确定系统，能够连续测量其状态，如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制。

(6)交通灯电路扩展阅读：

历史

19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。

后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了；

由当时英国机械师德·哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一位手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。

⑺ 如果交通灯电路中,输出y总是为1,最可能的故障是什么

很多司机不知道“圆屏”红灯亮时可以右转的规则，所以在可以右转的情况下不敢右转，导致出现了不必要的排队。交通信号灯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。

今天100唯尔教育小编就结合100唯尔教育《PCB设计与制作》课程及其三维互动教学资源来介绍交通灯电路应该怎么安装跟调试以及有什么注意事项？交通灯电路主要由单片机、按键电路、数码管显示电路和LED指示灯等功能电路组成。该电路实现的主要功能有计时功能、动态扫描以及状态的切换等。

视频封面01:24
交通灯运行电路长这样
第一步：元器件排列与整形

元器件排列有标准的安装工艺要求，讲究横平竖直，排列整齐工整。
电阻元件水平放置时，误差靠右边；垂直放置时，误差靠下边，瓷片电容有字面对准正方向等等。
元器件预加处理要包括引线的校直、表面清洁及搪锡3个步骤，具体元件的可焊性。
元器件的引线整形要根据焊盘插孔和安装的要求弯折成所需要的形状，元器件整形有以下要求：
（1）引线成形后，引线弯曲部分不允许出现模印、压痕和裂纹。

（2）在引线成形过程中，元器件本体不应产生破裂、表面封装不应损坏或开裂。

（3）引线成形尺寸应符合安装尺寸要求。

（4）凡是有标记的元器件，在引线成形后，其型号规格、标志符号应向上、向外、方向一致、以便目视识别。

（5）元器件引线弯曲处要有圆弧形，其R不得小于引线直径的两倍。

（6）元器件引线弯曲处离元器件封装根部至少2mm距离。

第二步：元器件安装与焊接

各元器件按图纸的指定位置孔距进行插装、焊接。元件安装后横平竖直，电路板底层安装贴片元件，焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺。焊盘不应脱落，修脚长度适当，一致，美观，集成电路、二三极管等及导线安装均应符合工艺要求，元器件安装牢固，排列整齐，无烫伤和划伤，整机清洁无污物。
元器件插焊要领
（1）紧贴电路板元件安装。连接线，贴片电阻和贴片电容必须紧贴电路板安装。

（2）电阻插装焊接。卧式电阻应紧贴电路板插装焊接，立式电阻应在离电路板1～2mm处插装焊接。先插装焊接电阻，焊接时，先将电烙铁在线路上加热两秒，送焊锡熔化，发出光泽时焊接温度最佳，应立即将焊锡丝移开，再将电烙铁移开。

图为100唯尔教育电阻插装焊接

电容插装焊接。陶瓷电容应在离电路板4-6mm处插装焊接，电解电容和瓷片电容应在离电路板1～2mm处插装焊接。

图为100唯尔教育电容插装焊接

三极管插装焊接。三极管应在离电路板4-6mm（并排）处插装焊接。

图为100唯尔教育插装焊接三极管

（5）集成电路插座插装焊接。集成电路插座应紧贴电路板插装焊接。

插装焊接芯片插座

图为100唯尔教育插装焊接芯片插座

（6）按键、数码管插装焊接都应紧贴电路板装焊接。元件高度及字符方向应符合工艺要求。

​图为100唯尔教育插装焊接数码管

第三步：整机调试

1.电路板检测

（1）直观检查分为目视检查和手触检查。

目视检查：电路安装好后，就是从外观上检查焊接的质量是否合格，有条件的情况下，建议3-10倍放大镜进行目检，一是是否错焊、漏焊、虚焊。二看有没有连焊、焊点是否有拉尖现象。三看焊盘有没有脱落、焊点有没有裂纹。四看焊点外形湿润应良好，焊点表面是不是光亮、圆润。五看焊点周围是无有残留的焊剂。六看焊接部位有无热损伤和机械损伤现象。七看有极性的引脚是否有装反。

手触检查：在外观检查中发现有可疑现象时，采用手触检查。主要是用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象。如有问题及时排除故障。检查完毕后，才可进行电阻法测试。

（2）检测电源安全性

用万用表的电阻档对电源与地、集成芯片等重点部位进行检查，着重检查电路有无明显短路现象。如有明显短路情况必须深入仔细排查，直到排除故障后放可通电检查。

（3）电压测量及故障诊断

在电路检查与电源安全性检测无误后，可以进行通电测量静态参数，在通电过程中应注意力集中，认真感觉有无异味、异声异热等异常现象，如有异常情兄应立即断电。防止进一步扩大故障，待找到故障原因并正确排除后再通电。如果没有异味等异常情况，可以用数字万用表的电压档去检查直流稳压电源的输出电压是否为5V，电源工作正常后，检测单片机最小系统电路有没有问题，控制电路是否按要求的指令执行，看LED数码管是否正常工作。若一切都正常，则电路装配成功。

（4）用示波器测量动态波形及故障诊断

通过电压测量判断电路正常工作后，最好用示波器对单片机控制电路等输出端波形调试检测。可以看看单片机最小系统正常工作后的单片机晶振输出脚的波形。如果测波形的参数值跟电压测量相吻合，则可以判断电路好。反之，必须对有问题的地方进行故障检查。

2.调试说明

（1）设定90秒倒计时交通灯电路显示。

①当5V电源后，LED灯和数码管闪烁3下，然后按照程序设定的90秒开始倒计时，此时南北红灯，东西绿灯。

图为100唯尔教育交通灯调试

②当倒计时为3秒的时候，南北黄灯亮。

③当到0秒时，南北变绿灯，东西变红灯

④当倒计时到3秒时，东西的红灯变黄灯。当倒计时到0秒东西变绿灯，南北变红灯，又开始另1个循环。

（2）交通灯电路时间设定。交通灯电路时间设定主要涉及到3个按键，第一个按键表示进入调整时间开与关，第二个按键时间加一键，第三个按键时间减一键。

①按下s1键盘交通灯电路讲入调整时间模式开，这时数码管显示数值不动。再按下S2键盘，数值加1。

②如果交通灯想时间缩短，则按下S3调整。

③如果时间设定好之后，则再次按下S1键，则时间调整模式关闭，则交通灯电路会从设定的时间开始进行倒计时显示工作。

图为100唯尔教育交通灯时间缩短

交通灯电路深夜模式。当按下S4按键之后，交通灯电路则进入深夜模式。如果再次按下S4，则交通灯电路退出深夜模式

⑻ 简易交通灯电路的设计（74LS161、74LS138、门电路）

简易交通灯电路的设计（74LS161、74LS138、门电路）我还可以给!

⑼ 交通灯控制电路设计

主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真值表，对于信号灯的状态，1表示灯亮，0表示灯灭。
表8-1
信号灯状态真值表
状态控制器输出
主干道信号灯
支干道信号灯
q2
q1
r
y
g
r
y
g
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
选择发光二极管模拟交通灯，由于门电路带灌电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管。
根据设计任务的要求，当黄灯亮时，红灯按1hz的频率闪烁。从信号灯信号状态真值表中可以看出，黄灯亮时，q1必为高电平；而红灯亮信号无关。可利用q1信号去控制一个三态门电路74ls245（或模拟开关），当q1为高水平时（q1非为低电平，控制三态门的en非），将秒脉冲信号引到驱动红灯的与非门的输入端，使红灯在黄灯亮期间闪烁；反之将其隔离，红灯信号不受黄灯信号的影响。