交通灯毕业设计

1、 天津电子信息职业技术学院毕 业 设 计课题名称 交通灯控制电路的设计与制作姓 名 白玉 学 号 16 班 级 通信S09-2 专 业 通信技术 所 在 系 电子技术系 指导教师 赵俊英 完成日期 2011年12月31日 天津电子信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称： 交通灯控制电路的设计与制作完成期限： 2011年10 月 31日 至 2012 年 1月 8 日姓 名 白玉 指导教师 赵俊英 专 业 通信技术 职 称 讲师 所在系 电子技术系 系 主 任 刘松 接受任务日期 2011.10.31 批准日期 2011.11.1一、原始依据（资料）：1. 数字电子技术，杨志忠，高等教育

2、出版社，20102. 实例讲解Multisim 10电路仿真，程勇，2010二、设计（论文）内容和要求：设计内容：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25秒；2要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；3黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次 。设计要求： 1. 用晶振或555电路产生电路工作脉冲； 2. 用基本的计数器芯片实现分频，计时功能；3. 配合数字电路逻辑芯片，实现交通灯的状态控制；4. 给出电路的multisim仿真结果；5. 设计硬件电路，并实现。三、建议查阅的技术资料： 1. 通用电子元器件的选用与检测 王昊等，电子工业出版社

3、2. 常用电子元器件及典型芯片应用技术 刘法治等，机械工业出版社天津电子信息职业技术学院 页号（1）毕业设计（论文）进度计划表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签字1.31-2011.11.7确定课题，布置任务对课题进行初步了解22011.11.82011.11.15收集资料，了解交通信号灯的原理及设计。搜索到资料及一些相关书籍32011.11.162011.11.26进行multisim代码设计及波形仿真设计了multisim代码并仿真出了波形42011.11.27-2011.12.13进行硬件电路搭接完成调试，达到预期效果52011.12.142011.12.20按照论文正

4、式格式完成论文初稿按照论文格式，将起草的论文转化成论文初稿62011.12.212011.12.27指导检查论文撰写情况并检查、修改论文终稿经过老师的指导，再次查阅资料及相关信息，找出了自己的不足，并进行修改72011.12.282012.1.8论文完成，准备答辩论文完成，按照要求打印并装订成册系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院 页号（2）注：1.本任务书由指导教师填写。 2.签字部分用笔填写,其余各项均要求打印。（宋体、小4号字）毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目交通灯控制电路的设计与制作学生姓名白玉系别电子系专业、班级通信S09-2

5、班指导教师赵俊英职称讲师工作单位天津电子信息职业技术学院指导教师职称工作单位实践地点天津电子信息职业技术学院交表日期毕业设计(论文)开题报告内容要求：课题的意义、现状及发展趋势。课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。课题所需的参考书目等。注：开题报告占毕业设计(论文)总成绩的10% 。 课题的意义、现状及发展趋势随着我国经济的发展，公路上各种各样的车辆越来越多，给目前的交通网络控制带来了严峻的考验。作为交通控制主要枢纽工具的交通灯，在这场考验中扮演了一个重要的角色。通过国家一二级城市交通调查表明，目前的交通灯控制系统基本不能很好的控制城市交通拥挤的问题。其主要原因是目前的家同等大多数都

6、是使用单片机作为控制系统，而单片机只能使用定时算法来控制城市交通。在城市建设发展初期，这种控制系统基本上能够满足交通要求，但是在我国城市建设发展后期，伴随着交通车辆的增加，这种系统不但不能够解决交通拥挤的问题，在某些场合还会使交通疏导工作变的越发严峻。科学技术的发展，提高了人们的生活水平，生活离不开智能化处理。数字图像处理技术、电子信息技术、机械电子技术的发展为交通灯控制系统的智能化建设提供了有力的技术支持。通过对这几种技术的有机结合，可以使交通灯通过对当前的路况信息进行实时监控，然后将数据信息传输到数据控制中心，通过数字控制中心的智能化分析，根据实际情况来控制十字路口的交通状况，避免出现南北

7、交通堵塞拥挤现象严重，而东西车辆稀少的交通状况。 课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。 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自动化。本设计要求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，每次通行时间天津电子信息职业技术学院 页号（1） 都设为25秒，要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道。分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计时。因此，本设计需要一个脉冲产生模块、信号灯模块、倒计时模块、数码显示

8、模块和主控模块。脉冲产生电路用以驱动倒计时电路，置数电路将交通灯亮时间预置到计数电路和寄存器中，信号灯模块对信号灯的各种状态进行循环控制，倒计时模块以基准时间秒为单位做倒计时，数码显示模块显示倒计时的时间，主控模块对电路种的各个模块进行级联控制。交通信号灯控制电路，交通灯采用发光二极管，显示时间则采用自带译码器的数码管显示。系统需要每秒减数，所以可以采用555定时器产生秒脉冲，经由一个脉冲驱动电路后产生信号灯需要的二种脉冲，即25s,5s，传递给控制器，由控制器发出状态。译码器接受状态后译码，输出控制信号灯和数码管显示的状态。指导教师审核意见：签字： 年 月 日系毕业设计（论文）领导小组审阅意

9、见：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院 页号（2）注：本报告由学生本人填写（打印、宋体、小4号字）。毕 业 设 计（论 文）系别电子技术系专业班级通信S09-2班姓名白玉班级学号16毕业设计（论文）题目：交通灯控制电路的设计与制作毕业设计（论文）评语： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）总评成绩：系主任签字：年 月 日交通灯控制电路的设计与制作 摘要“电子技术课程设计”是电子技术课程的实践性环节，进行自主选题和设计。本设计课题为交通灯控制电路的设计与制作，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

10、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。本设计分为两个部分：第一部分是由定时器、时钟脉冲驱动和控制器组成的秒脉冲信号发生装置；第二部分是由译码器、发光二极管和数码管组成的交通信号灯以及时间显示装置。各部分采用分模块设计，正文中详细介绍了各模块的功能和原理。为完成本次设计，参阅了大量资料，包括所用到芯片的详细中英文资料。搜集和查阅资料时一个漫长但最重要的过程，获取个模块电路原理，然后经过讨论比较，结合课题要求，确定出一套最适合的方案。小组人员花费几天时间，通过图书馆和上网查阅资料，分别查阅到相应资料。经过商讨，结合现有资料，制定基本框架，并基本定出电路图。在MULTISIM

11、软件里进行电路仿真，来验证电路的正确性。在进行电路仿真过程中碰到了很多问题，往往一开始电路仿真不出结果，这就需要找出问题所在，一般是先看电路原理图是否正确，是否画正确了，如果不是这块问题的话，就需要改变元件参数试一试。在这个过程中，还会碰到元件库里找不到自己要用的元件的情况，这个时侯可以找替代元件，通过这种方法来验证实验原理和电路的正确性。过程中，充分发挥主观能动性，将平时所学的理论知识和实际相结合，往往理论可行的东西，实际并不一定能出结果，这就需要解决问题，通过问老师或者查阅资料和分析问题来进行解决。经过以上各步工作，最后经过整合得到完整系统，在设计过程中得到了各方面的支持和帮助，在此向老师

12、表示由衷的感谢。关键词：交通灯；555电路； 74LS190 ; 74LS48; 触发器 ;译码器目录第一章 方案论证. 41.1脉冲发生器设计论证.41.2定时器电路设计论证.41.3控制电路设计论证.51.4信号灯的设计论证.51.5 时间显示电路的设计论证.6第二章 电路设计.82.1脉冲电路设计.82.1.1NE555的引脚图及功能 82.1.2秒脉冲发生器电路的元件参数计算 .92.2定时器电路设计.102.2.1定时器电路所用芯片的引脚图及功能.102.2.2定时器电路的工作原理112.3控制电路的设计.122.3.1 控制器所用芯片的引脚图及功能.122.3.2控制电路的工作原理

13、.132.4信号灯的设计162.5时间显示电路的设计.172.5.1 时间显示电路所用芯片的引脚图及功能172.5.2时间显示电路的工作原理.18第三章 电路分析与调试.19总 结20致 谢21参考文献.22附录A 电路原理图.23第一章 方案论证1、根据要求与设计的目的，该交通灯信号控制器电路由四大部分构成，由思路分析可知其总原理方框图如下：灯显示电路灯控电路脉冲发生器减法计数器状态显示电路译码显示驱动时间显示电路图1-1 交通灯信号控制器电路原理方框图1.1脉冲发生器设计论证555定时器是一款非常实用的集成芯片，它经常被用来定时。因为555定时器输出稳定，驱动能力强。电路如图1-2所示：图

14、1-2 由555定时器组成的多谐振荡器1.2定时器电路设计论证所谓倒计时计数是指进行减计数。这里我们采用功能强大的74LS192芯片。它是一块可预置数可逆计数芯片。它的时序波形图如图1-3所示：图1-3 74LS192的时序波形图LOAD为置数控制端； A、B、C、D为数据输入口； UP为加计数脉冲输入； DOWN为减计数脉冲输入； QA、QB、QC 、QD为数据输出； CO 为加计数进位输出（低电平有效）； BO为减计数进位输出（低电平有效）；题中要求倒计时25秒，可以是0-24秒倒计时也可以是1-25秒倒计时。习惯上1-25秒更符合人的特点。而且我们要进行25秒、25秒、5秒的不同时刻交通

15、灯的控制，经过多次设计和仿真发现采用1-25秒更为方便。1.3控制电路设计论证控制器是交通灯控制电路的核心。控制器主要是通过定时器对定时器循环的控制和对交通灯的控制。我们可以通过定时器的输出用一些由门组成的控制器进行控制。1.4信号灯的设计论证题中已要求采用发光二极管作信号灯，并且使用红、绿、黄三种颜色。为了更逼真我们将在各条通道上使用两组相同灯作为各个方向的交通信号灯，而且从各个方向看去灯的从左到右的顺序为绿、黄、红排列。如图1-4所示图1-4 信号灯布局1.5 时间显示电路的设计论证这里的译码是把定时器输出的BCD码译成数码管显示的符号代码。它不仅要能译码还要有一定的驱动能力。由此我们选用

16、了驱动能力强的74LS48。其功能引脚图如图1-5所示：图1-5 74LS48引脚图74LS48功能如表1-1表1-1十进制或功能输入输 出A3 A2 A1 A0a b c d e f g0123456789101112131415灭灯灭零灯测试111111111111111110100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 0 0 0 0 11111111111111110（入）011 1 1 1 1 1 00

17、 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10 0 0 1 1 0 10 0 1 1 0 0 10 1 0 0 0 1 11 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1数码显示器的选择译码驱动电路的输出是高电平有效，所以要选用共阴数码管。第二章 电路设计2.1脉冲电路设计2.1.1 NE555的引脚图

18、及功能利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出4Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。555定时器的原理图如图2-1所示，功能表如表2-1所示：图2-1 555定时器原理图表2-1 555定时器功能表输入输出阀值输入()触发输入()复位()输出()放电管T00导通11截止10导通1不变不变2.1.2秒脉冲发生器电路的元件参数计算图中NE555外引线排列如图2-2（a）所示，其中1脚是电路地GND；8脚是正电源端Vcc，工作电压范围为518V；2脚是低触发端TR/；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端Rd/；5脚是控制电压端CO；6脚是高触发端TH；7脚放电端DIS。系统所需要的秒脉冲由定时器NE55

19、5所构成的多谐振荡器提供，多谐振荡器如图2-2（b）所示。图2-2（a）图2-2（b）根据功能表和电路图计算如下：由公式 T=0.7(R1+2R2)C计算。根据电容的常用标称值，当C=47F时R1+2R2=30.395k。可取R1=10K,R2=10K。用电脑仿真发现周期为0.99秒，基本符合要求。2.2定时器电路设计2.2.1定时器电路所用芯片的引脚图及功能74LS192是上升沿触发，引脚图如图2-3所示，图2-3 74LS192引脚图CPU为加计数时钟输入端；CPD为减计数时钟输入端；LD/为异步预置端，低电平有效；CR为异步清零端，高电平有效；CO/为进位输出端，当1001后输出低电平；

20、BO/为借位输出端，当0000后输出低电平；D3D2D1D0为数据预置端；Q3Q2Q1Q0为数据输出端。倒计时器初始状态为，当输入一个脉冲，计时器就会减一。低位的状态是0000时，再来一个脉冲，BO端就会由10，这时高位的CPD端由01。高位因得到一个上升沿，从而触发，进行减1运算。低位的状态变为1001。当高低位的状态都为0000时，它们的LD端就会接低电平，从而进行异步置数。计时器状态变为。秒脉冲再来就会重复以上操作。功能表如表2-2所示：表2-2 74LS192功能表输入输出CRLD/CPUCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q01xxxxxxx000000xxdcbadcba011xxx

21、x加计数器011xxxx减计数器2.2.2定时器电路的工作原理由于要显示2位数，所以需要2片74LS192级联组成。当减到00时让芯片置数成25，这样第00秒将显示25而不会显示00。第0秒时定时器输出将是0000和0000。我们注意到十位显示只显示0、1、2，也就是只使用低位的两根线就行了，高位两根将一直输出00。这样我们只要对六根输出线进行同时或在控制定时计数芯片置数。又与定时计数芯片跳到时就进行了置数，所以输出在极短的时间内又跳到置数25。从74LS192的时序逻辑图中可以看出，它是在计数脉冲的上升沿时进行的相应动作，所以当它置数后要等到下一秒钟的上升沿到来时再进行一次减计数。由于没有找

22、到六输入的或门，我们发现可以使用两个3输入或非门和一个与非门，即通过查阅74系列的资料后，我们找到了74LS27四个3输入或非门和74LS00四2输入与非门。由此我们设计电路图如图2-4所示：图2-4 定时器电路图2.3控制电路的设计2.3.1 控制器所用芯片的引脚图及功能74LS107引脚图如图2-5所示，功能表如表2-3所示。图2-5 74LS107引脚图CLK1 、CLK2为时钟输入端J1、K1、J2、K2为数据输入端Q1、Q2、/Q1、/Q2为输出端CLR1、CLR2直接复位端（低电平有校）表2-3 74LS107功能表输 入输 出CLRCLKJKQQ/LXXXLHHLLQ0Q0/HH

23、LHLHLHLHHHHQ0/Q0HHXXQ0Q0/2.3.2控制电路的工作原理控制电路的特点：控制电路分为两部分：译码电路和译码以后实现红绿灯交替工作的电路。要想详细了解电路的特点，首先应了解交通灯的实际工作过程。当启动交通灯系统开关后，交通灯开始工作：某方向（假设为东、西方向）红灯亮，南、北方向绿灯亮，LED数码管从25s开始减数记数；25s后，东、西方向的红灯、南、北方向的黄灯有频率地闪亮，LED数码管从5s开始减数记数；5s后，东、西方向绿灯亮、南、北方向红灯亮，南、北方向的黄灯灭，LED数码管返回到25s开始减数记数；25s后，南、北方向的红灯继续亮，东、西方向的黄灯有频率地闪亮，LE

24、D数码管从5s开始减数记数；5s后，东、西方向红灯亮、南、北方向绿灯亮，东、西方向的黄灯灭，LED数码管返回到25s开始减数记数；依此循环往复。南北向红灯亮，东西向黄灯亮5秒南北向红灯亮，东西向绿灯亮25秒南北向黄灯亮，东西向红灯亮5秒南北向绿灯亮，东西向红灯亮25秒 图2-6 状态转换图控制电路基本原理：我们假定高电平表示该灯亮，低电平表示该灯灭，用L表示绿灯，Y表示黄灯，H表示红灯，1表示1条车道，2表示另一条车道。根据设计要求，我们画出信号灯的时序逻辑图如图2-7所示：图2-7 各车道信号灯时序逻辑图经过仔细观察和研究：各灯亮灭的周期为50秒，红灯25秒变化一次，也就是一个计数周期。电路

25、要记住循环次数而且以两次为一个周期，这使我们想到了触发器。当定时计数器置数端由1到0时，定时器开始置数，同时也出现了一个下降沿。我们可以用这个下降沿作为触发器的脉冲信号。触发器的两个输出端正好可以控制两个红灯的亮灭。触发器我们选用74LS107。考虑到TTL逻辑器件的高电平驱动能力不强，对红灯我们采用如图2-8所示电路 ：图2-8 红灯控制电路对于绿灯和黄灯的控制，我们从25秒中选出05秒到01秒让黄灯亮，其余时间有绿灯亮。表2-4 定时器输出真值表由表2-4可以看出只要QB1、QA1、QD0为0且QC0、 QB0不能全为1.。对QB1、QA1、QD0为0这一条件可以用3输入或非门实现，对于Q

26、C0、 QB0不能全为1可以用一与非门实现。如图2-9所示：图2-9 5秒控制电路当计数到5秒时，U5B将输出5秒的低电平。这样我们就可以通过这个电路和触发器电路配合控制绿灯和黄灯的交替亮灭 。为了提高驱动能力，我们尽量使控制电路低电平有效，所以再使用74LS27上一多余的或非门组成一非门电路对U5B的输出取反来驱动绿灯亮。为了提高黄灯的警示作用，让其闪烁，再用74LS00上一个多余的与非门对脉冲和U7C的输出进行与得到5秒的闪烁低电平信号。如图2-10所示：图2-10 绿灯和黄灯接口电路2.4信号灯的设计每条信号上都要安排两个灯，这两个灯可以是并联也可以是串联，为了减小限流电阻上的损耗功率，

27、同时也考虑到是逻辑芯片高电平输出有4V左右，而发光二极管的驱动电平为1V到2V，我们采用了并联方式。如图2-11所示：图2-11 信号灯模型2.5时间显示电路的设计2.5.1 时间显示电路所用芯片的引脚图及功能74LS48的外引线排列如图2-12所示，功能表如表2-5。A3A2A1A0组成8421BCA码为输入端，YaYg为输出端。、为使能控制端，都是低有效。为灯测试输入端，为灭零输入端，为灭灯输入/灭零输出端。图2-12 74LS48引脚图表2-5 74LS48功能表十进制或功能输入输 出A3 A2 A1 A0a b c d e f g0123456789101112131415灭灯灭零灯测

28、试111111111111111110100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 0 0 0 0 11111111111111110（入）011 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 11 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 10 0 0

29、1 1 0 10 0 1 1 0 0 10 1 0 0 0 1 11 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 12.5.2时间显示电路的工作原理时间显示器由两片七段显示译码器74LS48和两片半导体数码管构成。其组成如图2-13所示，译码显示电路较简单，直接将定时器输出的BCD码接入74LS48的输入端输出端直接接对应的数码管引脚。因74LS48的控制端是低电平有效要将控制端全部接高电平才能正常显示。 图2-13 时间显示电路图第三章 电路分析与调试1.通过前面的设计后，我们画出了整个

30、电路的原理图，再在仿真软件里进行了仿真，仿真都达到了理想的效果。2.在做好电路板后开始通电试验后，开始几秒钟数码管显示一些乱符号，但过了几秒后进入了正常的显示，一个周期结束后返回到置数的25秒开始倒计时。之后一直如此循环。说明电路已经正常工作了。至于开始为什么不能正常显示，我们分析，由于通电瞬间芯片电源后各门的信号输入是同时给给的，输入和输出可能不相配，导致出现一些乱符号。随着脉冲的推移，各门电路开始进入正常的输入和输出。3.显示正常后我们发现绿灯和黄灯的亮度不够，查看分析后找到了原因，触发器的输出高电平不够。我们在触发器的输出端分别接一个1K的上拉电阻，绿灯和黄灯发光正常了。总 结通过这次对交通信号灯控制电路的设计与制作，让我对课程设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识,使我更加清楚了课本知识的重要性。在此次交通信号灯控制电路的设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体使用方法。在操作与仿真的时候有很多的问题，平时的学习与操作都不是很踏实。在连接进制的进位接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了，从而提高了自己检验并纠正错误的能力，为自己接下来的专业学习打好了基础，在成功完成设计的同时也增强了