交通灯数电课程设计报告

1、下载可编辑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）.专业 .整理 .下载可编辑摘要交通运输是国家经济发展的动力， 日常出行也是我们生活中不可或缺的一部分。 在确保十字路口的交通秩序工作中， 信号灯扮演了极其重要的角色。 交通信号控制系统是用来自动控制十字路口红黄绿三色的电子系统。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00-99 之间的数字； 控制电路由74LS

2、161 构成的循环电路控制三种灯的开关； 置数电路由相应数量的74LS465 与 74LS138 译码器构成置位电路使得主干道在 45-0 秒为绿灯， 5-0 秒时为黄灯， 30-0 秒时为红灯，相应的次干道与主干道相配合，在 50-0 秒时为红灯，在 25-0 秒时为绿灯，在 5-0 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的联合控制。关键字根据设计原理，系统的关键字有以下几个：交通信号灯秒脉冲递减计数分时置数控制器.专业 .整理 .下载可编辑目录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总体方案的选择 42.2系统总体结构框架5

3、2.3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13.仿真说明134 14.2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20.专业 .整理 .下载可编辑9.1收获体会 209.2问题反思以及对未来交通信号控制的思考 2010. 鸣谢21一课题名称以及设计要求1.1 课题名称简易交通灯信号

4、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. 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. 黄灯亮的时候伴随黄灯闪灯和蜂鸣提示；2. 考虑到主干道与次干道车流量的变化，为了人性化的控制交通信号灯，可以自由设定主干道和次干道各个信号灯的亮变时间，在0-99 范围内变化。二系统概述2.1 总体方案的选择经过我们上网查资料以及在图书馆借阅相关的领域知识，我们得出以下三种可以实现本次课设目的的方案，方案如下：方案一：由主控制电路和秒脉冲发生器

5、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，主干道绿灯和支干道红灯打开，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、红灯的开闭持续时间，继而实现交通信号灯控制。方案二：由定时器NE555构成的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，计时器输出的数据通过

6、两块74LS48 译码器和两块七段数码管显.专业 .整理 .下载可编辑示出来。 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的转换。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，定时置数模块构成。秒脉冲产生模块采用555 定时器构成的多谢震荡器产生周期为一秒的脉冲，提供给计数器工作，达到计时的目的；倒计时模块采用两片74LS190 级联构成一个倒计时计数的电路， 通过使用来自秒脉冲的CP脉冲以及定时置数模块的置数功能，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的信号，

7、通过74LS161 的循环计数功能，配合相应的门电路完成三种信号灯之间的交替亮灭；顺序置数模块采用三片74LS465 以及 74LS138 译码器组成，接收信号灯亮灭的信号来实现对计数器的置数。方案三的思路比较清晰，里面的元器件自己在课堂上都比较熟悉，而且有很大的发挥空间， 可以增加一些比较华丽的功能模块，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的最终方案。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的模块够构成：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） ；本系统的总

8、体结构框架如下图所示：倒计时计数以及显示主干道信号黄灯闪烁信号灯控制电路灯控制及蜂鸣器时定时顺序置数电路间控秒脉冲产生制配合倒计时计数以及显示支干道信号黄灯闪烁灯控制信号灯控制电路及蜂鸣器.专业 .整理 .定时顺序置数电路下载可编辑图 2.1 系统的总体结构框架图2.3 系统基本工作原理本系统采用主干道和支干道分开实现功能，但又相互配合的思路，用时间的相关性将主干道与支干道的信号灯的亮灭相联系起来。根据系统的要求：主干道绿灯45 秒，支干道绿灯25 秒；每次由绿灯变为红灯时，应有 5 秒黄灯亮作为过渡；则其时间循环图如下所示：绿灯黄灯45秒5秒主干道循环时间图 2.2主干道时间循环图红 灯绿

9、灯50 秒25 秒支干道循环时间图 2.3支干道时间循环图对于其中一条干道，系统的工作流程图如下所示：秒脉冲产生秒脉冲信号提供一秒的CP 脉冲信号倒计时工作及显示显示提供倒计时到零的信号信号灯控制三种灯亮灭提供三种灯转换的信号红 灯30 秒黄 灯5 秒闪黄灯和蜂鸣器报警提供三种预置数.专业 .整理 .顺序置数对计数器置数下载可编辑图 2.4 系统工作信号流程图系统工作原理如下：初始状态， 对于主干道， 计数器预置数45 秒，在 CP脉冲的作用下开始进行倒计时，当倒计数至零时，可以对信号灯控制电路产生一个上升沿的单脉冲，该脉冲将作为74LS161 的脉冲输入，完成一次计数，实现对绿灯，黄灯和红灯

10、的亮灭的控制，此时红灯亮，当三种信号灯完成一次状态变化时，将变化的信号传送给74LS138 译码器，由该译码器选中相应的74LS465 预置的倒计时数，并将该倒计数置给计数器 74LS190，完成一次工作循环，然后是5 秒的黄灯，最后是30 秒的红灯。对于支干道而言，循环时间是50 秒， 25 秒， 5 秒，其具体的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是该系统的时间动力，提供计数器的工作时钟频率，从而完成倒计数模块信号传递。秒脉冲发生电路时由555 定时器构成的多谐振荡器。因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器且对信号的精度要求不高，故选用 5

11、55 定时器构成。 其工作原理图如下所示：产 生CP秒 脉冲.专业 .整理 .下载可编辑图 3.5 555秒脉冲发生器555 定时器周期计算：T1（ R1R2） Cln2=0.7(R 1 R2 ）CT2=R2Cln2=0.7R2CT=T1 +T2=(R1 +2R)Cln2=0.7(R 1+2R)C555 定时器组成的秒脉冲Cp 的周期为1s，即 T=1，所以可设置参数R1= 57.72kR2=28.86kC=10uFCf=10uF说明：在电路仿真的过程中，为了保证仿真的准确性，该模块产生的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

12、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，进入下一个某方向的工作循环。倒计时的显示由四输入的DCD HEX数码显示，显示计数器的输出值。有多种减法计数器可供选择，例如74190， 74191， 74192， 74193 等等。在这里，计数器我们选用集成电路74190 进行设计， 是比较简便的。 通过两种接线我们来实现倒计时计数器， 74190 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没有专用的清零输入端，但可以借助QA 、 Q

13、B、 QC、QD的输入数据间接清零功能。功能表如下：表 3 1 74190的功能表CTEND/UCLKLOADABCDQA QB QC QD0ABCD011减计数001加计数110000.专业 .整理 .下载可编辑图 3.6 74LS190 的管脚图要实现 45s/25s/5s的倒计时，需要选用两个74190 芯片级联成一个从99 倒计到 00 的计数器。两片计数器之间采用异步级联的方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO）直接作为十位计数器的计数脉冲（ 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的七段显示数码管实现两位十进制数的显示。D1 C1B1 A 和 D0 C0B

14、0 A0是十位和个位计数器的8421BCD码置数输入端。 由 74LS190 的功能表可知， 该计数器在零状态时RCO端通过或门控制两片计数器的控制端LOAD（低电平有效） ，从而实现了计数器减计数至“ 00”状态瞬间完成置数的要求。通过8421BCD码置数输入端，可以选择100 以内的数值，实现0100 秒内自由选择的定时要求。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：每当该模块的计数到01 时候，通过或非门的连接可以得出以下的输出信号：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的单脉冲，该脉冲传送至下个模块：信号灯控制芯

15、片：74LS161，作为该芯片的工作时钟。.专业 .整理 .下载可编辑3.3信号灯控制单元信号灯控制模块，当相应的倒计时到00 时，完成信号灯的转换，用于标示交通路口的通行状态。本模块采用74LS161 芯片，配合相应的门电路完成三种信号灯的轮流转换。在本系统中， 通过反馈清零法，使该计数器工作在0000-0001 0010 三个状态循环每次接收到来自倒计数的一个脉冲，该计数器进行一次计数。G（ 1,0 ）=绿灯（亮，灭），Y（ 1,0 ）=黄灯（亮，灭） ，R（ 1,0 ）=红灯（亮，灭）；则其相应的表达式为：对于主干道：G（ 0） =QA+QB； Y（ 1） =QA；R（ 1） =QB；对

16、于次干道：R（ 0） =QA+QB； G（ 1） =QA；Y（ 1） =QB；其中， 74LS161 真值表如下表3-2 所示：表 3-2 74160的功能表CPRDLDEPETQAQBQCQDABCDX0XXXXXXX0000上升沿10XXABCDABCDX110XXXXX保持X11X0XXXX保持下降沿1111XXXX加计数说明：该模块接受的信号来自倒计时计数电路的上升沿脉冲，传出的信号000-001-010三个信号，传送至定时预置数模块。则该模块的电路图如下所示：.专业 .整理 .下载可编辑图 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的时间是从不同时间基点开始的（主

17、干道45、5、30，支干道50、 25、 5），所以必须要有一个顺序定时置数单元，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的控制电路，三片 74465 输入端分别以 8421BCD码的形式由按键设定主、 支干道的通行时间和黄灯亮的时间。 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，接到倒计时计数器的置数输入端。三片 74465 的选通控制端分别有对应状态的上一状态选通（低电平有效） ，从而完成对倒计时计数器的预置数。每一组的三片74465 中任何时刻只能有一片选通

18、，其他两片输出端均处于高阻态。这样就完成了顺序定时置数的功能。其中， 74465 的功能表如下表所示：图 3.8 74465 的功能表倒计时计数器与信号灯转换器的配合主要靠顺序定时置数控制电路。根据系统的设计要求，主干道的绿灯亮的时间是45 秒，可以为第一个74465 设置为01000101，黄灯.专业 .整理 .下载可编辑亮的时间是 5秒，则给第二个 74465 设置为00000101，红灯亮的时间是30 秒，则要给第三个74465预置为 00110000；支干道的红灯亮的时间是50 秒，可以为第一个 74465设置为01010000，绿灯亮的时间是 25秒，则给第二个 74465 设置为

19、00100101，黄灯亮的时间是 05 秒，则要给第三个 74465预置为00000101，他们的顺序由74LS138 译码器来控制， 74LS138 的功能表如下表 2-3所示。表 2-374LS138 的功能表控制输入译码码输入输出S1S2+S3A2A1A0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8X1XXX111111110XXXX111111111000001111111100011011111110010110111111001111101111101001111011110101111110111011011111101101111111111074LS138 译码器接收来自三个信号灯变化状

20、态时的电平高低变化，如对主干道来说，绿灯时为000，黄灯时 001，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的倒计时数。在设计该电路模块的时候，为了方便以后调节时间，特别采用可以调节定时时间的拨码开关来控制所置的数，定时预置数功能模块的电路图3.9 如下所示：.专业 .整理 .下载可编辑图 3.9定时预置数功能模块电路图说明：该电路的信号来源来自于信号灯的控制电路， 输出的为倒计时电路提供与预置数，完成控制相应灯的闪亮时间。3.5黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元我们要求黄灯点亮的时候，黄灯进行闪烁，用于提醒交通通过者，故用一个频率

21、为 1Hz 的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接至黄灯，即可实现黄灯闪烁的效果！同时将黄灯的输出信号接给蜂鸣器，即可在黄灯闪烁的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：图 3.10 黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元电路图说明：该电路模块的信号来源有黄灯的点亮信号控制， 配合相应的频率发生器， 实现闪烁与蜂鸣报警的功能。.专业 .整理 .下载可编辑四系统仿真4.1仿真说明对于该电路的整体仿真，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，此时次干道的红灯仍然亮，时

22、间剩余 5 秒；当主干道的黄灯闪烁时间到零的时候，主干道的红灯点亮，时间是30 秒，次干道的绿灯点亮，时间是25 秒；当次干道的时间为零时候，其黄灯点亮闪烁并且蜂鸣报警，此时，主干道的红灯仍然点亮，时间是5 秒。2.为了便于电路的仿真准确性，秒脉冲发生装置用信号发生器来代替，便于电路的布局，增加了电路仿真的准确性。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

23、间，亮红灯，确保提醒主干道上注意“等一等”，次干道上禁行， 其仿真结果如下图4.2 所示：.专业 .整理 .下载可编辑图 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：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：.专业 .整理 .下载可编辑图 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的一个循

24、环，如果没有人为的干涉，该系统将沿着这样的循环一直进行下去；考虑到实际的情况并非总是主干道上的车流量大，可以进行人为的干预，即通过改变定时预置树模块的预置数，重新设置主干道和次干道的时间分配，达到人性化的工作状态。五系统综述以及总体电路图5.1系统综述本系统的设计，主要的特色在于将主干道和次干道的控制进行部分分开，即分开进行控制， 同时，他们两个有紧密的联系，通过公用秒脉冲信号，用时间的联系将两者紧密的结合起来。所设计系统通过将555 多谐振荡器产生的秒脉冲，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 时的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的交替

25、的变化，变化瞬间产生的各个信号灯的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的置数功能，从而形成一个干道完整的循环。.专业 .整理 .下载可编辑5.2 总体电路图.专业 .整理 .下载可编辑六结束语到这里，本交通信号灯的控制系统基本介绍完毕，该信号灯控制系统完整的完成了预期的目的： 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的人性化，增加其面对多种情况的应对策略，出色的完成了一些附加的功能， 主要有： 1. 黄灯亮的时候伴随黄灯闪灯和蜂鸣

26、提示；2. 考虑到主干道与次干道车流量的变化，为了人性化的控制交通信号灯，可以自由设定主干道和次干道各个信号灯的亮变时间，在0-99 范围内变化。本系统的一大特色之处是，将主干道与次干道的控制既进行了部分分开，避免了之间的相互干扰，同时也便于分开进行控制，此外又将两条干道进行时间的紧密联系，确保该信号灯控制系统，可以按照需要无误的完成其指挥交通的功能。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

27、列2两输入与非门674LS16174LS 系列2计数器74001BD_5VCMOS_5V2两输入或非门874LS13874LS 系列23-8 译码器9BUZZER1000HZ2蜂鸣器10SWITCH单开双掷48开关11DCD_HEXORANGE4数码显示表 7-1 元件明细列表.专业 .整理 .下载可编辑图 7.1由 multisim输出的元件清单图7.2元件说明1.74LS190D为倒计时模块的倒计时芯片，本系统中一共是用了4 个；2.CMOS_5V,4002BD_5V 为四输入的或非门，一共使用了5 个；3.74LS465N为定时置数模块的预置数芯片，一共使用了6 个；4.74STD,74

28、04N 为单输入的非门，本系统一共使用了4 个；5.74LS00D为两输入的与非门，本系统一共使用了2 个；674LS161为计数器，用于控制信号的的转换，本系统一共使用了2 个；7.CMOS_5V,4001BD_5V 为两输入的或非门，系统一共使用了2 个；8.74LS138为 3-8 译码器，用于选择置数的定时预置数，一共使用了2 个；9. 1000HZ 的蜂鸣器使用率两个，用于控制黄灯是的蜂鸣报警；10 预置数的开关选择，根据需要一共使用了48 个；11. 四输入的数码显示管 DCD_HEX，一共使用了 4 个，显示主干道和次干道上的时间。八参考文献1 王连英主编 . 基于 Multisim10 的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.专业 .整理 .下载可编辑（ 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 ,20075 刘修文编著 . 实用电子电路图集 . 中国电力出版社 . 北京 .2006.3九收获体会与