交通灯控制电路设计.docx

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交通灯控制电路设计

淮海工学院

课程设计报告书

课程名称：

数电技术课程设计

题目：

交通灯控制电路设计

系（院）：

电子工程学院

学期：

2011-2012-2

专业班级：

电子101

姓名：

张超

学号：

031091130

评语：

成绩：

签名：

日期：

1引言

众所周知，中国是世界上人口最多的国家，同时中国也是世界上交通事故发生率最高的国家。

中国每年交通事故死亡人数超10万人，居世界第一。

目前中国的道路安全形势非常严峻，有统计数据表明每5分钟就有一人丧生车轮，每1分钟就会有一人因交通事故而伤残，每年中国因交通事故所造成的经济损失上达数百亿元。

随着社会经济的发展，每年都有大量的农村人口迁往城市，逐年增多的城市人口无疑给城市的交通带来了很大的负担。

尤其在一些经济较发达的城市，例如上海，北京几乎每天都会发生很多次堵车，这就白白浪费了很多人宝贵的时间。

因此设计一个行之有效的交通灯控制电路，并让人们自觉遵守，不但能有效的降低交通事故的发生率，而且可以帮助很多人节省大量的时间，从而间接提高人们每天的工作效率。

我国交通路灯标志分为4种：

禁止标志用红色；警告标志用黄色；指示标志用蓝色。

本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路进行设计,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。

2设计任务

1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25s。

2、要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道。

3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

4、每路口均有时间显示（两位LED）。

3设计要求

1、画出总体设计框图，以说明交通灯由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输途径、方向和频率变化。

并以文字对原理做辅助说明。

2、设计各个功能模块的电路图、真值表（或状态转换图）并加上原理说明。

3、有条件时选择合适的元器件，在面包上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证是设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出信号方式要便于电路的测试和故障排除。

4、设计整个电路的电路图，加上原理说明。

有条件时对整个电路的元器件和布线进行合理布局，并进行整个交通灯电路的接线测试

4设计原理与参考电路

4.1交通信号灯控制电路的系统框图

如图1所示为交通灯控制系统的系统框图。

电路主要由秒脉冲发生器、减法计数器和控制器等部分组成。

秒脉冲发生器是该系统中减法计数器标准时钟信号源，控制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。

图1交通信号灯控制电路的系统框图

4.2交通灯控制器的ASM

一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：

（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。

表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。

绿灯亮足规定的时间间隔后，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。

表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。

黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。

表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行。

绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。

（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。

表示甲车道禁止通行，乙车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。

黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第

（1）种工作状态。

交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。

设控制器的四种状，分别用S0，S1，S3，S2表示，则控制器的工作状态及其功能如表1所示.

表1控制器工作状态及功能

控制状态

信号灯状态

车道运行状态

S0

甲绿，乙红

甲通行，乙禁止

S1

甲黄，乙红

甲缓行，乙禁止

S2

甲红，乙绿

甲禁止，乙通行

S3

甲红，乙黄

甲禁止，乙缓行

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。

为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

AG=1：

甲车道绿灯亮；BG=1：

乙车道绿灯亮；

AY=l：

甲车道黄灯亮；BY=1：

乙车道黄灯亮；

AR=1：

甲车道红灯亮；BR=1：

乙车道红灯亮；

5功能模块设计

5.1秒脉冲发生器

脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐振荡器。

555定时器的芯片结构如下图2

图2555定时器引脚图

可以用555定时器构成多谐振荡器，从而产生所需的脉冲信号，由555定时器组成的多谐振荡器如图3所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。

图3555接成的多谐振荡器

可选择R1=54.9K，R2=47K，C=0.2uF，则振荡频率f=f=1.43/（R1+2R2）C=100H，其震荡波形如下图4

图4多谐震荡器的波形

5.2定时器

定时器由同步十进制加/减计数器74LS190构成，用两片74LS190级联形成30进制减法计数器。

5.2.174LS190引脚图

图574LS190引脚图

CLOCK:

时钟控制端（上升沿有效）

CT：

计数控制端（低电平有效）

D0——D3：

并行数据输入端

LOAD：

为异步并行控制输入端

Qa——Qd：

为数据输出端

U/D:

为加减计数控制端

5.2.274LS190的功能表

表274LS190的功能表

输入

输出

LOADCTENU/DCLKABCD

QAQBQCQD

100↑××××

加法计数

0××↑abcd

abcd

101↑××××

减法计数

74LS190的主要功能如表2所示，下面作简要说明。

（1）预置数：

当置数端（LOAD）为低电平时，当时钟上升沿到来时，数据输入端信号A、B、C、D将对内部触发器直接置位或复位，结果使QA=A、QB=B、QC=C、QD=D，而与其他控制端的电平无关。

（2）计数：

在允许端CTEN为低电平，置数端无效（LOAD=1）的条件下，若加／减输入端U/D为低电平，则可进行加计数，若加／减输入端U/D为高电平，可进行减计数。

（3）禁止计数：

当允许端CTEN为高电平时，计数被禁止。

值得注意的是，允许端的电平应在CP为高电平时发生变化。

（4）级联：

为了便于进行级联，采用了两个输出：

脉动时钟输出（RCO）和最大/最小（MAX/MIN）计数输出。

当计数器发生溢出或下溢时，脉动时钟输出将产生一个低电平输出脉冲，其宽度为时钟输入的低电平部分，而最大/最小计数输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度为时钟脉冲的整个周期。

5.2.3计数器电路及原理

图6计时器电路图

原理：

上图中电路构成了30进制减法计数器，U4为十位显示端，U6为个位显示端。

由于两芯片要实现的是减法计数，所以U/D均接高电平。

在上图中U1的A、B引脚接高电平，C、D引脚悬空（相当于接低电平），而U2的引脚A、B、C、D均接低电平，所以当接通脉冲后U1的输出为0011，U2的输出为0000，故七段字符显示器U4显示3，U5显示0。

当U2接入时钟脉冲后，U2做减法计数，当计数至0000时，输出一个借位脉冲，使U1的输出减1。

只有当U1，U2两个芯片的输出同时为0000时，U8A和U9A的输出才同时为高点平，U5A的输出才为低电平。

这时两芯片的LOAD引脚低电平有效，使两芯片分别置数，U1被置成0011，U2被置成0000，从而构成了一个循环。

5.3控制器

控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。

下图为控制器的电路图

图7控制器电路图

控制器由由一个四脚与门、一个与门、一个或非门和一个或门组成。

在计数器计数从30——0的一个循环内，控制器的状态发生过两次跳变。

第一次是当计数器U1的输出为0000，U2的输出为0101（即计数器计数至倒数第五秒的时候），控制器的输出端由低电平跳变成高电平，交通灯的状态发生转换。

第二次是当计数器U1的输出为0000，U2的输出也为0000时，控制器的输出端由低电平跳变成高电平。

6总电路图设计

图8总体电路图

7设计总结

通过这次的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。

这次的课程设计我是和几个同学在一起做的，首先我们积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。

在课程设计中只有一个人知道的原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

本次课程设计也巩固和加深了我对数字电路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。

然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。

同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。

通过这次课程设计，我想说：

为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。

这次的课程设计让我知道了学无止境的道理。

我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

8元器件列表

 51-序号

名称

元件编号

参数

备注

1

十进制加/减法计数器

74LS191

2

2

七段数码显示器

DCD_HEX_BLUE

2

3

显示，灯

PROBE

6

4

555触发器

555_TIMER_RATED

1

5

JK触发器

74LS73

2

6

直流电源

VCC

5v

3

7

交流电源

V2

5v，50Hz

1

8

电阻

R1

54.9k

1

9

电阻

R2

47k

1

10

电容

C1

50nF

1

11

电容

C2

10nF

1

12

或门

7448N

1

13

或非门

4001BD_5V

1

14

或非门

4002BD_5v

2

15

与门

7408N

1

16

与门

74LS08N

6

17

与非门

74LS00N

1

9参考资料

[1]电子技术课程设计指导，彭介华主编，北京：

高等教育出版社，1997

[2]实验电子技术，李振声主编，北京：

国防工业出版社，2001

[3]电子电路实验及应用课题设计，卢结成、高世忻等编，合肥：

中国科学技术大学出版社，2002

[4]《中国集成电路大全》编写委员会编写，北京：

国防工业出版社，1985

[5]电子技术基础课程设计，梁宗善编，武汉：

华中理工大学出版社，1995

[6]国防科技大学高吉祥主编《电子技术基础实验与课程设计》第二版

[7]清华大学童诗白、华成英主编《模拟电子技术基础》第三版

[8]清华大学梁恩主、梁恩维编《Protel99SE电路设计与仿真应用》

[9]西安电子科技大学曾兴文主编《高频电子线路》