智能交通灯控制器的设计报告

1、 2012年电子技术 课程设计说明书题目：7 智能交通灯控制器的设计（A） 学生姓名： 张鲜艳 学 号： 201006070407 院 （系）： 电气与信息工程学院 专 业： 自动化 指导教师： 辛登科 2012 年 12 月 4日目 录1 选题背景11.1指导思想11.2 方案论证11.3基本设计任务11.4发挥设计任务21.5电路特点22 电路设计22.1 总体方框图22.2 工作原理23 各主要电路及部件工作原理33.1 555构成多谐振荡器33.2 74LS08 74LS32 74LS04 简要说明33.3 CD4511 简要说明44 74HC190 简要说明55 元器件清单66 调试

2、过程及测试数据（或者仿真结果）66.1 通电前检查66.2 通电检查66.2.1 计数显示单元调试66.2.2 发光二极管调试66.2.3 NE555单元电路的调试66.2.4 74HC32或门的调试76.2.5 74HC04非门的调试76.2.6 74HC08与门的调试76.2.7 控制器7490的调试76.3 结果分析77 小结88 设计体会及今后的改进意见88.1 体会88.2 本方案特点及存在的问题88.3 改进意见8参 考 文 献91：选题背景在很多城市的主支干道处，传统的交通信号灯已不能满足要求，设计一个智能交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置

3、红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮就允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外），若检测装置检测到支干道一定范围内没有车辆，则主干道一只允许通行，否则主支干道红绿灯交替运行。1.1简述本设计的指导思想秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的借位脉冲使状态控制器完成状态转换用以控制红绿灯的状态，同时给计数器置初始值。1.2:方案论证方案一：用NE555定时器设计一个周期为1s的多谐振荡器，输出接到16进制计数器的CLK，0-8状态对应45秒，9状态对应5秒 ，A-E状态对应25秒，F状态对应

4、5秒。方案二：用NE555定时器设计一个周期为1s的多谐振荡器，并用单时钟同步十进制加减计数器74LS190设计45s、25s、5s倒计时。因为主支干道灯亮的情况有4种，可以用同步十进制加法计数器74LS160的输出来设计，同时将其输出信号给3线-8线译码器74LS138的输入端，主支干道的灯通过一定的逻辑关系接到三色灯上。选择方案：方案一用16进制计数器的输出端控制信号灯的状态转换，虽然这种方案简单可靠，可是这种方案不能直观显示当前数字；虽然方案二电路复杂，连线多，给焊接和电路检查带来一定的难度，但其可以很准确的现实数字。所以选择方案二。13 基本设计任务（）用红、绿、黄发光二极管作信号指示

5、灯。（2）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。（3）主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。14 发挥设计任务（1）可以用红外线传感器检测在主干道绿灯倒计时为1s时支干道上是否有车来（2）在三色灯的地方用LED显示一些祝福语或警示语。15电路特点交通信号控制系统用中小规模集成电路设计，接线较为复杂2 电路设计2.1 总体方框图主干道支干道状态译码器74LS138秒脉冲发生器NE555状态

6、控制器74LS160译码，显示CD4511减法计数器74LS190置数控制图2-1 总体方框图2.2 工作原理将NE555S输出的秒脉冲直接接到个位10进制计数器的CLK，用两片10进制计数器级联后就接到状态控制器，控制器产生的信号经简单的门电路来控制红绿灯的状态，当状态需要跳转时减法计数器产生的借位脉冲触发状态控制器以改变输出状态，同时借位脉冲信号接到计数器的置数端，进入下一个状态，依次循环，若支干道没有车辆通行时直接将计数器输出清零即可，有车时清零信号无效。3 各主要电路及部件工作原理3.1 555单稳态触发电路图3-1NE555单稳态触发电路如图所示，由555定时器和外接元件R1，R2，

7、C构成多谐振荡器。电容C在（1/3）Ucc和（2/3）Ucc之间充电和放电，波形如下图：输出信号的时间参数是：T=Tw1+Tw2，Tw1=(R1+R2)Cln2, Tw2=R2Cln2振荡频率： f=1/T占空比： q=Tw1/(Tw1Tw2)=(R1+R2/R1+2*R2)本次使用的是1HZ的秒脉冲，故选取R1=72K，R2=4.7K，选取电容分别为10F电解电容和10nF陶瓷电容。周期：T=1000*（72+2*4.7）*10*0.69/10uf1s3.2 74LS08、74LS32、74LS04简要说明74LS08双输入四与门，管脚图如附图：真值表：74LS32双输入四或门，管脚图如附图

8、74ls32真值表A     B     00     0     00     1     11     0     11      1      174LS04非门，管脚图如附图真值表：3.3 C

9、D4511简要说明该设计中选用的是七段数码管如图3-2所示，为共阴极的，用CD4511译码驱动器进行驱动，当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯持续工作的时间与工作的次数。 3-2 半导体数码管计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需的控制信号。本电路中译码驱动器采用CD4511。CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：4 0 b0 S, T0 j/ 7 i具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。CD4511的内部有上拉电

10、阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。 " Q9' h- |" 0 T# c其功能介绍如下： 2 Z9 r( H4 u%      BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。. & R/ A3 y!      LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码

11、输出。 LE=1时译码器是锁A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 : s7 M# B8 e$ $ B     a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。    CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。CD4511引脚

12、图如下： CD4511功能图如下：输 入 输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111

13、100000000消隐 011111100000 0消隐 111XXXX锁 存 锁存 4 74HC190 简要说明图3-2 74HC190各引脚图3-3 74HC190功能5 元器件清单所需器材器件名称（N为民用）备注数量数码管七段共阴极数码管274LS160N同步十进制可逆计数器2CD4511译码器274LS90单时钟同步十进制加减计数器174LS1383线-8线译码器174LS04N非门174LS08N双输入与门274LS32双输入或门NE555八脚时基集成电路1电阻50K14.7 K122k1430622015电容103(10nF陶瓷电容)110F（电解电容）1开关单刀双掷1L

14、ED发光二级管黄、绿、红6铜座4其他铜柱，导线若干表格5-1（在表上面，5号字体）（表）居中字体5号6 调试过程及测试数据（或者仿真结果）为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。6.1 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。6.2 通电检查6.2.1按钮开关的检查首先将按钮开关和其他电路模块断开，只留按钮开关部分。其次，电路两端接5伏直流电压。理论上对于6.2.2 CD45111模块的调试将CD4511模块与按钮开关之间的电路连接起来，.6.2.3 NE555单元电路的调试断开其他单元，将3脚接到示波器的一端，示波器另一端接地，看输出的波形

15、及周期。 6.2.4 74LS04非门的调试6.2.5 74LS32非门的调试6.2.7发光二极管的调试未接电源时，万用表打到电阻档上，红表笔接发光二极管的一端，黑表笔接另一端，看其阻值，值为无穷大即“1”说明发光二极管的正负接反了，有有限的阻值说明红表笔对应的为发光二极管的正极。6.3 结果分析当按钮在主干道的绿灯亮到1S时按下，交通灯的指示不变，在下一次主干道的绿灯亮到1S时不按下按钮，支干道绿灯亮，实物效果正确。7 小结：课设顺利结束，基本设计任务可以完成，但还是有一点小问题需要改进，在这个过程中自己收获颇多，谢谢老师、同学的帮忙。8 设计体会及今后的改进意见8.1 体会这次的课程设计我

16、学到了很多，无论学习、交际、生活都受益匪浅。首先是学习方面：大二时学的数电，那时候感觉自己掌握的还不错，各芯片的引脚功能及如何与其他芯片配合使用从而达到一定的效果，纸上谈兵终觉浅啊，在课设 设计电路时，开始自认为脑子里思路很清晰，交通灯的功能可以实现，殊不知自己差的好远，一个人的力量很微小，想法也是有限的，思路不开阔，发现互相交流才是学习、进步之根本。在调试的时候遇到很多问题，比如74LS138在仿真是3脚可以不接地，但是在实物中如果3脚不接地发光二极管就没有变化；74LS190的俩11脚要接到74LS160的2脚，这样计数器才会正常工作最重要的是我养成了一种习惯：遇事不慌，发现问题所在处，用所学知识思考什么样的错误会发生这样的效果，找出问题进一步解决问题。其次是交际方面：自己是个易害羞的女生，不善于与人交流，喜欢独处，经课设后，自己进步不少，同专业同学认识了很多，而且和