毕业设计（论文）交通信号灯控制设计

1、滁州职业技术学院ata软件学院2003级毕 业 设 计姓 名： 成 名 班 级： 03应用电子 设计题目：交通信号控制灯 指导教师： 二三年十二月目 录一 引言 3二 交通信号灯的设计目的 3（1）3（2）5三 课程设计内容及要求61 6211四 交通信号灯基本原理及设计方法17117220五 译码电路的逻辑图如下所示291292293 304 31六 交通灯控制电路总体框图如下 33七、74ls138译码器得引脚图，逻辑图及功能表如下34 交通信号灯控制设计 一、前 言：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。

2、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7m，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，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红、绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后

3、又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果工程上把电信号分为模拟信号和数字信号两大类。数字信号是指时间和幅度都是离散的信号。如数字钟、数字万用表等都是由数字电路组成。数字逻辑电路的研究有两个主要任务：一是分析，二是设计。随着集成电路技术的飞跃发展，数字逻辑电路的分析和设计方法在不断发生变化。但不管怎样

4、变化，用逻辑代数作为基本理论的传统方法仍不失为逻辑电路分析和设计的基本方法。二、.交通信号灯的设计目的a培养数字电路的设计能力b掌握交通信号灯控制电路的设计,组装和调试方法。三、课程设计内容及要求1.设计一个交通信号灯控制电路。要求:a主干道和支干道交替放行,主干道每次放行30s,支干道每次放行20s。b每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5s,此时原红灯不变。c用进制数字显示放行及等待时间。2用中、小规模集成电路组成交通信号灯电路,并在实验仪上进行组装,调试。3画出各单元电路图、整机框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。四、交通信号灯基本原理及设计方法 十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通

5、行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图f-4-6所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图f-4-7所示。 绿 黄 红 支 干 道 红 黄 绿主 干 道支 干 道 显示器译码器计数器时钟信号发生器主控 制器信号灯译码驱动电路主干道信号灯支干道信号灯图f-4-6 十字路口图图f-4-7 交

6、通信号控制电路框图（1） 主控制器十字路口车辆运行情况只有4种可能：1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30s。2）30s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20s。4）20s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。5s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：s0、s1、s2、s3。状态转换图如图f-4-8所示。设s0=00，s1=01，s2=10，s3=1

7、1。实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。我采用二-十进制计数器74ls90实现，并采用反馈归零法构成4进制计数器，即可从输出端qbqa得到所要求的4个状态。逻辑图如图f-4-9所示。为以后叙述方便，设x1=qb,x0=qa。s1s0030s后qd qc qb qa 74ls90r0a r0b s9a s9bs2s3cp1o5s后5s后ocp020s后图f-4-8图 f-4-9 主控制器的逻辑图（2） 计数器计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30s、20s、5s 3种方式的计数；二是向主控制器发出状

8、态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态s0时开始30s计数；30s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态s1，计数器开始5s计数；5s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态s2，计数器开始20s计数；20s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态s3，计数器又开始5s计数；5s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态s0，开始新

9、一轮循环。根据以上分析，设30s、20s、5s计数的归零信号分别为a、b、c，则计数器的归零信号l为： l=a+b+c其中：a=s0qb2qa2=x1x0qb2qa2b=s2qb2=x1x0qb2c=s1qb2qa2+s3qb2qa2=x0qc1qa1考虑到主控制器的状态转换为下降沿触发，将l取反后送到主控制器的cp端作为主控制器的状态转换信号。计数器的逻辑如图f-4-10所示。（3） 控制信号灯译码电路主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表f-4-1。 表f-4-1 控制信号灯的译码电路的真值表主控制器状态主干道支干道

10、 x1 x0红灯r 黄灯y 绿灯g红灯r 黄灯y 绿灯gs0 0 0s1 0 1s2 1 0s3 1 1 001010100100100100001010图f-4-10计数器(利用74ls192实现计数功能)由真值表可分别写出各灯的逻辑表达式： r=s2+s3=x1x0+x1x0=x1 y=s1=x1x0 g=s0=x1x0 r=s0+s1=x1x0+x1x0=x1 y=s3=x1x0 g=s2=x1x0五、译码电路的逻辑图如下所示： 六、 交通灯控制电路总体框图如下:七、74ls138译码器得引脚图，逻辑图及功能表如下:74ls138的引脚图用与非门组成的3线-8线译码器74ls1383线-

11、8线译码器74ls138的功能表无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74ls138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。当附加控制门的输出为高电平（s1）时，可由逻辑图写出由上式可以看出，同时又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。71ls138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平（s1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作

12、用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图3.3.8电路中如果把作为“数据”输入端（同时），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。八、同步十进制可逆计数器74ls192的管脚图及其逻辑符号，74ls192具有双时钟输入，同时具有清0和置数功能。 其中:d0、d1、d2、d3置数并行数据输入； q0、q1、q2、q3计数数据输出； cr清零端； ld置数

13、端； cpu加法计数cp输入； cpd减法计数cp输入； co进位输出端； bo借位输出端； 74ls192功能表：输 入输 出cr ld cpu cpd d3 d2 d1 d0 1 0 0 d c b a 0 1 1 0 1 1 q3 q2 q1 q0 0 0 0 0 d c b a加 计 数减 计 数 74ls00、74ls20及74ls04的管脚图： 1）74ls20内含两个四输入与非门2）74ls00内含四个两输入与非门3）74ls04内含六个相互独立的反相器九、74ls47与数码管 led七段数码管可以是共阴极结构，也可以是共阳极结构。若显示器为共阴极连接，则对应阳极接高电平的字段便

14、发光；而显示器为共阳极连接时，则对应阴极接低电平的字段发光。74ls47是一种bcd码输入端,其中d是高电位;a、b、c、d、e、f、g是输出端,输出低电平有效,和共阳极半导体发光数码管各发光段的阴极引出线相互连接 下面是74ls47和数码管的管脚排列图:以下介绍各引脚的功能:1、是输入端lt(非)当lt(非)=0时,a、b、c、d、e、f、g均输出为零,发光数码管各发光段全亮,显示8字用以检查数码管各发光段是否良好.当lt(非),=1时,译码器按输入bcd码正常译码显示.2、灭灯输入端bi(非)当bi(非)=0时,不论a,b,c,d,的输入状态如何,译码器的输出a、b、c、d、e、f、g均为

15、高电平,显示器各段均不亮,只有bi(非)=1时,译码器才根据a、b、c、d输入状而译码输出.3、灭零输入端rbi(非)当rbi(非)=0时,若输入dcba=0000,则输出不显示0,若输入为其它带码,则照常显示.4、灭零输出端rbo(非)该端同bi(非)端共用一个引脚,它既是灭灯输入端用来接收信号,又是灭零输出端输出信号,为相邻位提供灭零输入信号.注:常用的七段显示器还加了小数点dp十、74ls90功能测试 1）上图是74ls90的管脚图 2） 按照表7.6.2测试74ls90的各项功能,并将结果填入表中 0 0 0 0 1 0 0 1 计 数 计 数 计 数表7.6.2 74ls90的功能表

16、功能输入输出r01r02s91s92cpacpbqdqcqb qa清零11置90011二分频0000五分频0000十进制计数器0000qa测试时，用用数码管来指示计数器的输出，然后参考下列步骤进行测试。（1） 清“0”功能。将r01和 r02置为“1”（直接接+5v即可），其他端任意（可暂时悬空），观察数码管是否显示“0”。（2） 置“9”功能。令r01=r02=0，将s91和s92置为“1”（直接接+5v即可），观察显示的数据是否为“9”。（3） 二分频。令r01=r02=s91=s92=0时，将手动单脉冲电路的输出接至cpa，按动轻触开关，观察计数过程。（4） 五分频。令r01=r02=s

17、91=s92=0时，将手动单脉冲电路的输出接至cpb，按动轻触开关，观察计数过程。（5） 十进制计数器。令r01=r02=s91=s92=0时，将手动单脉冲电路的输出接至cpa，cpb接qa，按动轻触开关，观察计数过程。然后cpa接连续脉冲（从信号发生器获得），用示波器分别观察qa、qb、qc、qd对应cpa的波形，并用示波器的存储功能将五个波形全部显示在屏幕上。十一、555振荡器采用555设计的多谐振荡器，其振荡频率与实际的数字钟频率略有出入，但可以通过校时装置校时。单元电路：1、555定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的

18、矩形脉冲（自激振荡）。用555实现多谐振荡，需要外接电阻r1，r2和电容c，并外接+5v的直流电源。电路图如下：只需在+ucc端接上+5v的电源，就能在3脚产生周期性的方波。2、原理： 555的内部电路图如下图所示：接通电源后，它经过电阻和对电容c充电，当上升略高于时，比较器c1的输出为“0”，将触发器置“0”，为“0”。这时， 1，放电管t导通，电容c通过和t放电，下降。当下降略低于时，比较器c2的输出为“0”，将触发器置“1”，又由“0”变为“1”。由于0，放电管t截止，又经过和对电容c充电。如此重复上述过程，为连续的矩形波。第一个暂稳状态的脉冲宽度，即从充电上升到所需的（）cln20.7

19、（）c 第二个暂稳状态的脉冲宽度，即从放电下降到所需的时间：cln20.7c 振荡周期t=+0.7(2)c 振荡频率3555定时器的引脚排列如下：4、555定时器的各引线端的用途如下：1）端为接地线2）端为低电平触发端，也称为好触发端，由此输入触发脉冲。当2端的输入高电压高 于vcc/3时，c2输出为1；当输入电压低于vcc/3时，c2的输出为0，使基本触发器置1。3）端u0为输出端4）端是复位端，当r（非）=0时，基本触发器直接置0，使q=0。q（非）=1。5）端co 为电压控制端，如果co 端另加控制电压，则可以改变c1，c2的参考电压。工作中不使用co 端时，一般都通过一个0.01uf的

20、电容接地，以防旁路干扰。6）端th 为高电平触发端，当输入电压低于2vcc/3时，c1的输出为1；当输入电压高于2vcc/3时，c1的输出为0，使基本触发器置0，即q0=0，=1，这时定时器输出u0=07）端d为放电端。当基本触发器的=1时，放电晶体管t导通，外接电容元件通过t放电。8）端vcc为电源端，可在4.5-1.6v范围内使用，若为cmos电路，则vcc=3-18v。十二、组装和调试过程：在电路板上按整机框图把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示译码器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试：（1） 秒脉冲信号发生器的调试，按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输

21、出设计符合设计要求。（2） 将秒脉冲信号送入主控制器的cp端，观察主控制器的状态是否是按00、01、10、11、00的规律变化。（3） 将秒脉冲信号送入计数器的cp端，接入主控制器的状态信号x0、x1，并把主控制器的状态信号送入主控制器的cp端，观察计说器是否按30秒、5秒、20秒、5秒、30秒循环计数。（4） 把主控制器的状态转换信号x1、x0接至信号灯的译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。（5） 整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。 以上是本实验分析和设计的全过程，由以上分析和设计知此实验所需材料有：2片74ls192、2片74ls47和2个共阳数码管、1个555定时器、1

22、片74ls90、1片74ls138、1片74ls04、2片74ls20、2片74ls00和导线若干。 十三、交通灯控制电路pcb板制作1） 首先建立一个新的设计数据库，再建立原理图文件，然后画图，在进行电气检查，建立网络表。2） 建立电路板头文件，调人封装库、调人网络表。若没有错误单击execute按钮。3） 利用向导建立电路板。4） 将电路图调人电路板中，进行人工布局，然后进行自动布线。 十四、总结：通过此次交通控制信号灯的分析和设计，我深深感到学好数字逻辑电路的重要性。这一次设计对我来说，感触最深的就是要想做好一个设计课题首先要对每一部分所涉及的知识点掌握好，只有这样才能对设计做的得心应手。通过此次焊接使我的焊接技术得到了加强