交通灯数电课程设计报告

1、电子技术课程设计报告题目简易交通信号灯控制器学院（部）_专业班级学生姓名_学号6月18日至6月22日共1周指导教师（签字）摘要交通运输就是国家经济发展得动力，日常出行也就是我们生活中不可或缺得一部分。在确保十字路口得交通秩序工作中，信号灯扮演了极其重要得角色。交通信号控制系统就是用来自动控制十字路口红黄绿三色得电子系统。交通灯简易交通信号灯控制器利用555秒脉冲发生器提供秒脉冲CP信号，为计数器提供工作频率。计数器由两块74LS190级联构成八位二进制，实现倒计数；显示电路由两个十六进制数码管构成，可以显示0099之间得数字；控制电路由74LS161构成得循环电路控制三种灯得开关；置数电路由相

2、应数量得74LS465与74LS138译码器构成置位电路使得主干道在450秒为绿灯，50秒时为黄灯，300秒时为红灯，相应得次干道与主干道相配合，在500秒时为红灯，在250秒时为绿灯，在50秒时为黄灯，通过共用CP脉冲，实现对主干道与支干道交通信号灯得联合控制。关键字根据设计原理，系统得关键字有以下几个：交通信号灯秒脉冲递减计数分时置数控制器目录1 .课题名称以及设计要求41、1课题名称41、2设计要求42 .系统概述42、1总体方案得选择42、2系统总体结构框架52、3系统基本工作原理63 .单元电路设计与分析73、1秒脉冲发生器单元73、2倒计数以及显示单元83、3信号灯控制单元93、4

3、顺序定时置数置数单元103、5黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元124 .系统仿真134、1仿真说明134、2仿真示意图145 .系统综述以及总体电路图155、1系统综述155、2总体电路图176 .结束语187 .元件明细表187、1元件明细列表187、2元件说明198 .参考文献199 .收获体会与总结209、1收获体会209、2问题反思以及对未来交通信号控制得思考202110.鸣谢课题名称以及设计要求1.1 课题名称简易交通灯信号控制器1.2 设计要求简易交通信号灯控制,主要实现功能如下:1、 定周控制:主干道绿灯45秒,支干道绿灯25秒;2、 每次由绿灯变为红灯时,应有5秒黄灯亮作为过渡;3、

4、分别用红、黄、绿色发光二级管表示信号灯;4、 设计计时显示电路。功能扩展:1. 黄灯亮得时候伴随黄灯闪灯与蜂鸣提示;2. 考虑到主干道与次干道车流量得变化,为了人性化得控制交通信号灯,可以自由设定主干道与次干道各个信号灯得亮变时间,在099范围内变化。系统概述2.1 总体方案得选择经过我们上网查资料以及在图书馆借阅相关得领域知识,我们得出以下三种可以实现本次课设目得得方案,方案如下:方案一:由主控制电路与秒脉冲发生器组成,其中主控制电路包括:主控制器、清零装置、驱动装置、信号灯装置及一些逻辑门。主控制器中采用两块74LS290二五十进制来实现八十进制计数器。秒脉冲发生器由555秒脉冲发生器负责

5、提供脉冲信号。接通电源瞬间,清零装置将主控制器清零,紧接着,主干道绿灯与支干道红灯打开,其余主、支道灯关闭。秒脉冲传送到控制器，主控制电路在45s到,50s到,75s到,80s到分别产生翻转信号,从而改变主、支道绿、黄、红灯得开闭持续时间,继而实现交通信号灯控制。方案二:由定时器NE555构成得多谐振荡器产生秒脉冲,两块74LS192芯片级联成61进制倒计时器,计时器输出得数据通过两块74LS48译码器与两块七段数码管显示出来。由倒计时器与逻辑门构成定时器,在每隔55秒或5秒输出一个脉冲,触发状态控制器工作。状态控制器控制着信号灯得转换。方案三:主要有秒脉冲产生模块,倒计时模块,控制信号灯模块

6、,定时置数模块构成。秒脉冲产生模块采用555定时器构成得多谢震荡器产生周期为一秒得脉冲，提供给计数器工作，达到计时得目得；倒计时模块采用两片74LS190级联构成一个倒计时计数得电路，通过使用来自秒脉冲得CP脉冲以及定时置数*II块得置数功能，来完成倒计时并且实时显示在LED数码显示器上；控制信号灯模块，接收来自计数模块倒计时为零时得信号，通过74LS161得循环计数功能，配合相应得门电路完成三种信号灯之间得交替亮灭；顺序置数模块采用三片74LS465以及74LS138译码器组成，接收信号灯亮灭得信号来实现对计数器得置数。方案三得思路比较清晰，里面得元器件自己在课堂上都比较熟悉，而且有很大得发

7、挥空间，可以增加一些比较华丽得功能模块，综合以上，我们最终选择了方案三来作为我们本次系统设计得最终方案。2.2 系统总体结构框架简易交通信号灯控制系统主要有以下几个重要得模块够构成：1、秒脉冲产生模块2、倒计时及显示模块，3、信号灯控制模块，4、顺序置数模块，5、功能扩展模块（黄灯闪烁以及蜂鸣报警）；本系统得总体结构框架如下图所示*倒计时计数以及显示图2、1系统得总体法构框架图2.3系统基本本系统采月主二遒百费胪道分开名现功能信号灯控制电路，但又相互醋合得思路期时间得黄灯闪烁主干道与支干道存信号灯得虎灭相联系起来根据系统得要求：45间"S秒:支干道卜好时明晚 篝蝴绿灯目为红灯时，应有

8、5秒黄灯亮作为过渡;则其时挥循后环图如下所示秒脉冲产生图2、4对于其中一条干显制 配图如下所示”:信号讣控制电路 支干道循环时间一n一口，倒计时计参以间循邺图5秒黄灯闪烁及蜂鸣器开始进行倒计时，当倒计数至零时，可以对信号灯控制电路产生一个上升沿得单脉冲，该脉冲将作为74LS161得脉冲输入，完成一次计数，实现对绿灯，黄灯与红灯得亮灭得控制，此时红灯亮，当三种信号灯完成一次状态变化时，将变化得信号传送给74LS138译码器，由该译码器选中相应得74LS465预置得倒计时数，并将该倒计数置给计数器74LS190，完成一次工作循环，然后就是5秒得黄灯，最后就是30秒得红灯。对于支干道而言，循环时间就

9、是50秒,25秒,5秒,其具体得循环过程与主干道一致。三.单元电路设计与分析3、1秒脉冲发生电路秒脉冲发生电路就是该系统得时间动力，提供计数器得工作时钟频率，从而完成倒计数模块信号传递。秒脉冲发生电路时由555定时器构成得多谐振荡器。因为控制系统就是以秒作为单位所以用秒脉冲发生器且对信号得精度要求不高，故选用555定时器构成。其工作原理图如下所示：图3、5 555秒脉冲发生器555定时器周期计算：Ti=(Ri+R2)Cln2=0、7(Ri+R2)CT2=R2Cln2=0、7R2cT=Ti+T2=(Ri+2R2)Cln2=0、7(Ri+2R2)C555定时器组成得秒脉冲Cp得周期为1s,即T=1

10、,所以可设置参数Ri=57、72kR2=28、86kC=10uFCf=10uF说明：在电路仿真彳#过程中，为了保证仿真得准确性，该模块产生得脉冲信号可以由信号发生器来代替。3、2倒计数以及显示单元十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们更直接准确地把握时间。具体工作方式为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直到减到数为“0”，产生一个标志信号，控制十字路口绿、黄、红变换，一次工作循环结束，进入下一个某方向得工作循环。倒计时得显示由四输入得DCDHEX数码显示，显示计数器得输出值。有多种减法计数器可供选择，例如74190,74191,74192,74193等等。在

11、这里，计数器我们选用集成电路74190进行设计，就是比较简便得。通过两种接线我们来实现倒计时计数器,74190就是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能，保持功能。74190没有专用得清零输入端，但可以借助Qa、Qb、Qc、Qd得输入数据间接清零功能。功能表如下：表3174190得功能表D/UCLKABCDQaQbQcQd0ABCD011减计数001加计数:110000图3、674LS190得管脚图要实现45s/25s/5s得倒计时，需要选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00得计数器。两片计数器之间采用异步级联得方式，利用个位计数器得借位输出脉冲（RCO）直接作为十位计数器得计

12、数脉冲（CLK）,个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码功能得七段显示数码管实现两位十进制数得显示。D1、C1、B1、A与D0、C0、B0、A0就是十位与个位计数器得8421BCD码置数输入端。由74LS190得功能表可知，该计数器在零状态时RCO'端通过或门控制两片计数器得控制端LOAD（低电平有效）,从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数得要求。通过8421BCD码置数输入端，可以选择100以内得数彳1,实现0100秒内自由选择得定时要求。其电路连接图如下所示：图3、7倒计数以及显示单元电路图分析：每当该模块得计数到01时候，通过或非门得连接可以得出以下得输出信

13、号：即，未倒计数至01时信号输出低电平，当计数至01时，产生高电平，由此过程产生一个上升沿得单脉冲，该脉冲传送至下个模块：信号灯控制芯片：74LS161,作为该芯片得工作时钟。3、3信号灯控制单元信号灯控制模块，当相应得倒计时到00时，完成信号灯得转换，用于标示交通路口得通行状态。本模块采用74LS161芯片,配合相应得门电路完成三种信号灯得轮流转换。在本系统中，通过反馈清零法，使该计数器工作在000000010010三个状态循环每次接收到来自倒计数得一个脉冲，该计数器进行一次计数。G(1,0)二绿灯(亮，灭)，丫(1,0)=黄灯(亮，灭),R(1,0)=红灯(亮，灭)；则其相应得表达式为对于

14、主干道：G(0)=QA+QB;Y(1)=QA;R(1)=QB;对于次干道：R(0)=QA+QB;G(1)=QA;Y(1)=QB;其中,74LS161真值表如下表32所示：表3274160得功能表CPRDLDEPETX0XXXXXXX0000上升沿10XXABCDABCDX110XXXXX保持保持1XXXX加计数该模块接受得信号来自倒计时计数电路得上升沿脉冲，传出得信号000001010三个信号，传送至定时预置数模块。则该模块得电路图如下所示图3、8信号灯控制单元3、4顺序定时置数单元因为数码管每次显示得时间就是从不同时间基点开始得（主干道45、5、30,支干道50、25、5）,所以必须要有一个

15、顺序定时置数单元，来控制当某一个数码管显示“0”后，下一步要从哪个数字开始倒计时。在这里可以选择74465来实现这一功能。每个干道选用三片74465组成按顺序定时置数得控制电路，三片74465输入端分别以8421BCD码得形式由按键设定主、支干道得通行时间与黄灯亮得时间。输出端按照高、低位对应关系并联并按照Y8Y1由高到低排列后，接到倒计时计数器得置数输入端。三片74465得选通控制端分别有对应状态得上一状态选通（低电平有效）,从而完成对倒计时计数器得预置数。每一组得三片74465中任何时刻只能有一片选通，其她两片输出端均处于高阻态。这样就完成了顺序定时置数得功能。其中，74465得功能表如下

16、表所示：74xx465(OctalBUFFERw/3-9tateOut)TTiifi：clnvihnGntwninnutnrtiwoInwAMRnnnhlagntnrnntrrllinoallflightrtafrahirffcru；OctaltmfTerstruthtable'G2AV0an01110Xz1Xz11XzZ=Highimpedence(qttj图3、874465得功能表倒计时计数器与信号灯转换器得配合主要靠顺序定时置数控制电路。根据系统得设计要求，主干道得绿灯亮得时间就是45秒，可以为第一个74465设置为，黄灯亮得时间就是5秒，则给第二个74465设置为，红灯亮得时间

17、就是30秒，则要给第三个74465预置为;支干道得红灯亮得时间就是50秒，可以为第一个74465设置为，绿灯亮得时间就是25秒,则给第二个74465设置为，黄灯亮得时间就是05秒，则要给第三个74465预置为，她们得顺序由74LS138译码器来控制，74LS138得功能表如下表23所示。表2374LS138得功能表控制输入译码码输入输出S1S2+S3A2A1A0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8X1XXX0XXXX100001000110010100111010010101101101011174LS138译码器接收来自三个信号灯变化状态时得电平高低变化，如对主干道来说绿灯日寸为000,黄灯时0

18、01,红灯时010，经74LS138译码器译码后分别选中第一第二第三片74465,进而可以给倒计时电路预置初始得倒计时数。在设计该电路*II块得时候，为了方便以后调节时间，特别采用可以调节定时时间得拨码开关来控制所置得数，定时预置数功能模块得电路图3、9如下所示：图3、9定时预置数功能模块电路图说明：该电路得信号来源来自于信号灯得控制电路，输出得为倒计时电路提供与预置数，完成控制相应灯得闪亮时间。3、5黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元我们要求黄灯点亮得时候，黄灯进行闪烁，用于提醒交通通过者，故用一个频率为1Hz得脉冲与控制黄灯得输出信号用一个与门连接至黄灯，即可实现黄灯闪烁得效果！同时将黄灯得输出信号

19、接给蜂鸣器，即可在黄灯闪烁得同时使蜂鸣器发出声响！提醒路人：黄灯亮了，请等一等!如下为黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元电路图U36BUZ7ER 100。HzslOBDVCCA U1QA ： /4001BD1-兑EgA U2S A ：74LU27图3、10黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元电路图说明：该电路模块得信号来源有黄灯得点亮信号控制，配合相应得频率发生器，实现闪烁与蜂鸣报警得功能。四.系统仿真4、1仿真说明对于该电路得整体仿真，说明如下：1. 初始化时主干道绿灯开始亮，时间为45秒，此时次干道红灯亮，时间就是50秒；当主干道倒计时完成时，黄灯闪烁并且蜂鸣报警，此时次干道得红灯仍然亮，时间剩余5秒；当主干道

20、得黄灯闪烁时间到零得时候，主干道得红灯点亮，时间就是30秒，次干道得绿灯点亮，时间就是25秒；当次干道得时间为零时候，其黄灯点亮闪烁并且蜂鸣报警，此时，主干道得红灯仍然点亮，时间就是5秒。2. 为了便于电路得仿真准确性，秒脉冲发生装置用信号发生器来代替，便于电路得布局，增加了电路仿真得准确性。4、2系统仿真示意图1、循环过程一：初始化时，主干道显示时间45秒，亮灯绿灯，次干道显示50秒时间,亮红灯，确保主干道上正常通行，次干道上禁行，其仿真结果如下图4、1所示：图4、1循环过程一初始化电路显示仿真图2、循环过程二：主干道显示时间5秒，亮灯黄灯，次干道显示5秒时间，亮红灯，确保提醒主干道上注意“

21、等一等”，次干道上禁行，其仿真结果如下图4、2所示：图4、2循环过程二电路显示仿真图3、循环过程三：主干道显示时间30秒，亮灯红灯，次干道显示25秒时间，亮绿灯，确保次干道上通行，主干道上禁行，其仿真结果如下图4、3所示：ir-1lii111图4、3循环过程三电路显示仿真图4、循环过程四：主干道显示时间5秒，亮灯红灯，次干道显示5秒时间，亮绿灯，确保提醒次干道上注意“等一等”，主干道上禁行，其仿真结果如下图4、4所示：图4、4循环过程四电路显示仿真图仿真说明:以上四个过程将完成该系统得一个循环,如果没有人为得干涉,该系统将沿着这样得循环一直进行下去;考虑到实际得情况并非总就是主干道上得车流量大

22、,可以进行人为得干预,即通过改变定时预置树模块得预置数,重新设置主干道与次干道得时间分配,达到人性化得工作状态。五系统综述以及总体电路图5、1系统综述本系统得设计,主要得特色在于将主干道与次干道得控制进行部分分开,即分开进行控制,同时,她们两个有紧密得联系,通过公用秒脉冲信号,用时间得联系将两者紧密得结合起来。所设计系统通过将555多谐振荡器产生得秒脉冲,该脉冲信号传送至倒计时电路,该电路进行倒计时并且将时间显示,显示到00时得信号传送至信号灯控制电路,由该电路控制信号灯进行有规律得交替得变化,变化瞬间产生得各个信号灯得电平状态传送至定时置数电路由该电路完成对倒计时电路得置数功能,从而形成一个

23、干道完整得循环。5、2总体电路图二一4-丁三I，lAA17士-："优IlIEnH3*12。U£fTFjMKD4-TWT77丁六.结束语到这里，本交通信号灯得控制系统基本介绍完毕，该信号灯控制系统完整得完成了预期得目得：1、定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；2、每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；3、分别用红、黄、绿色发光二级管表示信号灯；4、设计计时显示电路。同时为使该系统更加得人性化，增加其面对多种情况得应对策略，出色得完成了一些附加得功能，主要有：1、黄灯亮得时候伴随黄灯闪灯与蜂鸣提示；2、考虑到主干道与次干道车流量得变化，为了人性化得控制交通信号

24、灯，可以自由设定主干道与次干道各个信号灯得亮变时间，在099范围内变化。本系统得一大特色之处就是，将主干道与次干道得控制既进行了部分分开，避免了之间得相互干扰，同时也便于分开进行控制，此外又将两条干道进行时间得紧密联系，确保该信号灯控制系统，可以按照需要无误得完成其指挥交通得功能。七.元件明细表7、1元件明细列表序号名称型号参数数量备注174LS190D74LS系列4计数器24002BD_5VCMOS_5V,5四输入或非门374LS465N74LS系列6选通芯片47404N74STD4非门574LS00D74LS系列2两输入与非门674LS16174LS系列2计数器74001BD_5VCMOS

25、_5V2两输入或非门874LS13874LS系列238译码器9BUZZER1000Hz2蜂鸣器10SWITCH单开双掷48开关11DCD_HEXORANGE4数码显示表71元件明细列表QviantityDefliCTipti&HReftscaPackageFypv147HL5.7«_5190DUlrU2rU®U2OIPC'7531COlfi2.2CMO5_SVf-40033>_GVUSjUlljU21fLl22r23IPC-£221A/22.2OT-73Gd4G5MU13fUlUlSpU31.U32,U33IPC2221A/2222则0204

26、47-1S7Df7-W-W4U91UI4U21>UaIRC2221A/2222YM01452，日7308gU25IPG73510H6474S,74陶8rlU7.U为.U30hU37TPCSIWU727，%T-KSlSinU27IPC»2Z21A/Z2.22H0160ZCMOS_5V,OOIE0一5VU10,U29IPC-22Z1A/22Z2QT-753Z7L5.7也31克Nuie.u牙IPG-Z1Z1A/2ZZ2VM0152EUZZEftrBUZZER1CI0DHzU35,U36LienerlcWZZfzR.11呻s/ttch,spotJlr32f”,居gJ&1刁现也3

27、10.JIEJL2,J1XJ15,J17,J1SBJ120,321.J22riJ,J24,J25,J2S,JJ2B,必，坳.JlrJ32,J3XJ35fJ3EfJ37fJ38rtJBQ114nl.141.M2.J胃王JiWrJ45fJ-40.JcncricPDTT图7、1由multisim输出得元件清单图7、2元件说明1、 74LS190D为倒计时模块得倒计时芯片，本系统中一共就是用了4个；2、 CMOS_5V,4002BD_5V为四输入得或非门，一共使用了5个；3、 74LS465N为定时置数模块得预置数芯片，一共使用了6个；4、 74STD,7404N为单输入得非门，本系统一共使用了4个；

28、5、 74LS00D为两输入得与非门，本系统一共使用了2个；6、 74LS161为计数器，用于控制信号得得转换，本系统一共使用了2个；7、 CMOS_5V,4001BD_5V为两输入得或非门，系统一共使用了2个；8、 74LS138为38译码器，用于选择置数得定时预置数，一共使用了2个；9、 1000Hz得蜂鸣器使用率两个，用于控制黄灯就是得蜂鸣报警；10、 预置数得开关选择，根据需要一共使用了48个；11、 四输入得数码显示管DCD_HEX,一共使用了4个，显示主干道与次干道上得时间。八.参考文献1王连英主编、基于Multisim10得电子仿真实验与设计、北京市：北京邮电大学出版社，2009、082林涛主编、楚岩，田莉娟，林薇编著、数字电子技术、北京：清华大学出版社,2006（2007重印）,2006年6月第一版3 袁宏,李忠波等著、电子设计与仿真技术、北京:机械工业出版社,2010、44 刘福太主编、梁发麦、魏书田、林洪文编著、红版电子电路、北京:科学出版社,200