数电课程设计交通信号灯控制系统的设计 仿真与制作

学

号:

0121309341416课程设题学专班姓

目院业级名

交信灯制统设仿与作信工学电信工电周一指教

孟2015年月11日

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书课程设任务书学姓：指教:题目:初条：

周一专班：电1301孟工作位信息程院交信灯制统设仿与作集成译码器、数器、555定时器、数管、红黄绿LED和必要的门电、其他必须的器等。要完的要务:

（包括程设计工作量及其术要求，以及说明撰写等具体要求1、课程设计工量：周内完成对数字率计的设计、仿、装配与调试.2、技术要求：①设计一个具备东、南北4个路口基交通灯控制系电路。②利用555定时器构成秒脉冲产生路。③扩充功能用数码显示灯控倒计时时。④确定设计方按功能模块的分选择元器件中小规模集成电设计分电路，画出总体路原理图，阐述本原理。3、查阅至少篇参考文献。按《汉理工大学课程计工作规范》要撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合图规范时安:1）第12，查阅相关资，学习设计原理。第—4,方案选择和路设计仿真。3）第45，电路调试和设计说明撰写。4）第6天，上交课程设计成果及告同时进行答辩指教签：系任或任师签:

年年

月月

日日2

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书目摘要.....................................................................................................................................1计任务..........................................................................................................................基本部..........................................................................................................................................2计方案..........................................................................................................................。方案一:...........................................................................................................................................7。方案二：7。最终确定的方案............................................................................................................................3.具电路的设计.............................................................................................................系统概..........................................................................................................................................。单元电路的设计..........................................................................................................................3。振荡电路.......................................................................................................。控制电路的设计..........................................................................................................................74LS192构的计数器.................................................................................................................的介绍..............................................................................................143。的介绍...........................................................................................15译码显电路.................................................................................................................................17。倒计时显示电路..........................................................................................................................4路的测试与仿真.......................................................................................................195计电路图...................................................................................................................6设计思路...................................................................................................................7人体会........................................................................................................................8件清单........................................................................................................................9物图及其调试分析...................................................................................................2310考文献......................................................................................................................3

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书摘要交通灯控制系在城市交通控制发挥着重要的作,本次课程设计是以城市交通灯控制系统背景的主要通过运用学过的字电路设计的知完成基础的交通灯本功能包括时间的定时和通灯各种状态之间转换,并且要现通行和禁行时间的设置,本设计采用数字路仿真软件Proteus对所设计的电路进行仿真测试，并通过观察仿真结果设计是否符合要。关键字：交通减计数器

状态译码

数字电路仿真4

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书Trafficlightsystemintrafficcontrolplaysanroleinofthiscourseistourbantrafficlightscontrolforthe，useofthebasedonknowledgeofthecompletionofthebasicfunctionsoftraffic，timetrafficsignaltimingandtheconversionbetweenvariousstateandtoachieveoftimeandthissimulationsoftwareforofProteusand，bysimulationresultstoittherequirementsKeywords:TrafficDecreaseStateDecodingDigitalSimulation5

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书1设计任在主、支道路十字路口分别设三色灯控制器，灯亮禁止通行，绿亮允许通行黄灯亮要求线车辆快速穿根据车流状况不可调整三色灯点或关闭时间。设计要求：本部分①可用，绿，黄三色来模拟交通红绿；②设置主道路、黄、红灯亮的间分别为秒、秒、25;次道路绿、黄红灯亮的时间分为秒、秒、65秒;③主、次道路间指示采用倒计制，用2数码管显示。时序关系应该合如下要求：主道路绿灯：

60主道路黄灯：

5主道路红灯：

2520次道路黄灯：

5次道路红灯：

65循环周期图1通灯时序6

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书2设计方案一：根据设计要求主道路绿、红、灯亮的时间分别60s、25s、次道路绿、红黄灯亮的时间别为20s、、。设计的系统可以由控制器、时器、秒脉冲信发生器、信号灯组成。其中控制是核心部分，由控制定时器及移位存器的工作。秒脉冲信号发器产生定时器和制器所需要的标信号，译码器输出路信号灯的控制信号。Tl和Ty为定时器的输出信，St为控制器的输信号。图方案一原框图Tl示道路或次道路绿灯的时间间隔车辆正常通行的间间隔时到Tl=1,否则Tl=0。Ty：表示灯亮的时间间隔，时到，Ty=1，否则。：表示定时器了规定的时间，由控制器发出态转换信号。由控制定时器开始下一个工作态的定时。案二:设主干道方向绿黄灯分别为，，Y，次道路向红绿黄灯分别为，y。用十进制减数计数控制三种状态的持和切换主干道和次道共用同步的冲信号,主道方向先由60s减数到的候切换为黄灯并开始5s计时，到第二减数到0s时换为绿灯并开倒计时，待减数到0s时在切换为绿灯,为一个循环（期为90s7

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书同理，次干道向红黄绿三灯保亮的时间分别为20s5s，一个循环也是，可实现红黄绿的换.如图2-2工作流程图：图案二流程3最终定的方案方案一采用的基本数字电路原比较简单且原理和所使用器都是我们在数字电子技术课中所学过的，但此方案也有个大的缺陷：对两路时间对称系统容易实现，但设计要求的两路间不对称的系统难实现，如果要实两路时间不对称的控制就要加控制信号，这实现就很麻烦且条理不清。方案二采用的是数字电子技术所学的基本原理芯片，具有方案一全部优点，且其设计思路晰，只是简单的数，译码再通过辑门电路对其进行制。最大的优点是各部分电是相互独立的,可以采用分开接线分开测的方法方便检查路,当各部分电路检测出无误后再将各分连接成整体对实际检验校对有帮助且此电路能较方便地实现控制时间的倒计。综上分析，此计方案选择方案，其原理简单,便连线，便于调，且容易实现与灯控制信号步的倒计时功能8

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书3.体电路的设计1系统述在城镇的十字口中为保证交秩序和行人安全般在每条道路各有一组红、黄、绿交信号灯.主干道和支干两条道路上，每条路上各有一组红、、绿交通信号灯。干道与支干道上车辆交替运行，干道上的车辆比较，因此主干道的车辆通行时长；支干道的车少，因此支干道车辆通行时间短。干道通行时主干道绿灯亮支干道红灯亮，间为60s；支干道通行时支干道绿灯亮，主道红灯亮，时间为；每次绿灯变红，黄灯先闪烁。此时另一路口的红灯变。基于以上规则设计交通控制器控制字路口两组红、、绿交通信号灯的态转可以方便得实现指挥种车辆和行人通,实现十字路口交通管理的自化。根据要求中交指示灯定时亮灭时间指示采用计时显示,则要由定时系统计数器，时钟电等来满足，状态制器主要用于记十字路口交通灯的作状态，通过译码器分别点相应状态的信号。秒信号发生器生整个定时系统的基脉冲，通过减法计数器对脉冲计数，达到制每一种工作状的持续时间。减法数器的的回零脉冲时状态控器完成状态转换其工作框图如图—1示：主主绿黄

次次绿红组合电路

主道计数

译码显示组合逻辑电

秒计

数

组合电路

次道计数

译码显示时钟电路图3工作框图9

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书2单元路的设计交通控制器电按功能分成3单元电路:振荡电路、计数器和码显示电路、主控制电路和信号译码驱动。3.2。振荡电路振荡电路输出率为幅度5V的钟脉冲提高精度,本设计统利用555定时器设计一输出频率为1Hz的多谐振荡器555定时器是种多用途的模拟、字混合集成电路，波形的产生与变换控制与检测、家用电以及电子玩具等多领域中得到了用。定时器功能多样，应广泛，只要外部上几个阻容元器即可构成单稳态发器、施密特触发、多谐振荡器等电路。由555定时器构成的多谐振荡器路原理图如图3-2示。电路由一个芯片两个电阻两个电容组成,通过电阻电容充电放的过程来产生振从而输出矩形脉冲因为该电路输出冲周期为TCln2,若T=1s令R1=10KR2=70K经过计算的，则f=1/T=1Hz.从使传输脉冲周为。为了便于调节，会采用100K的滑动变器.图定器构成的1Hz谐振荡电路原理10

武汉理工大学《交通信号灯控制统的设计仿真与制作》课程设计明书图3—3555冲发生器仿真图11

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书3控制路的设计本次交通灯控系统可划分为四状态（，具体现为:表交灯控制系状态表状

主道交通灯

次道交通灯态00011011

绿1000

黄0100

红0011

绿0010

黄0001

红1100注:表格中表示相应的灯亮，0表相应的灯灭。由于涉及四个态之间的转换与环属于时序逻辑电路范畴,根学过的数字电路的相关知识以利用普通的两计数器完成状态制模块的设计，也以通过仅使用普通四位计数的低两位即可完相应的功能计数器的低两位按下方式进行循环图控制电路态转换图经分析各状态，发现四种状态以综合为三种状：在00的时候主干道置数60s开倒计时同次干道置数65s开始计时的时候主干道置数开始倒计时次干道置数开始倒计时，的时候主干道数25s开始倒计时次干道数始倒计时。则可清的形成以下状态主干道绿灯变红灯有60s至00s此次干道红灯倒时至5s干道变黄灯由5s开始计时至0s而次干道红灯继续由倒计时至此时主干道变为25s开倒计时次干道绿灯有20s开倒计时20s主干道还处于灯状态由5s续倒计时，而时次干道正为黄开始倒计时以后变为00态,开始新一轮循，便实现了时序图要求。12

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书图3控制电图74LS192构成的计器计数器是一个以实现计数功能时序部件，它不可用来计脉冲数，且常用作数字系统的定、分频和执行数运算以及其他特的逻辑功能，在电设计中应用相当广泛。交通灯的减计分主干道和支干两部分,由两部分的计数时间同因而要分别采用两个计数对其进行计数，数采用倒计时的式，因而需要采用减计数功能的计数芯片,并且需要计数长度可以进行预置根据设计要求交通控制系统要一个能自动装入同定时时间的定时，该定时器由两片74LS192成的两位十进制可置减法计数器完。预置到减法计数的时间常数通过三片8路向三态门74LS153来完成.三片74LS153的入数据分别接三个不同的数字，任输入数据到减法数器的置入由状译码器的输出信号制不同的通信号来实现.13

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书图3计时电图计数器电路具倒计时（计数围为651的减数计)、60s倒计时（计数范围为的减计数、20s、以及5s计时功。这些电路的实主要是由2十进制计数器74LS192芯片组成,然通过主控制电实现转换终各个方向的倒计时用一套译码显数码管显示出来3。4。174LS192介绍是步十进制可逆计数器,它具有双时钟进制可逆计数、异步并行置数功能、保持功以及清零功能.其引脚图和功能表下：14

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书图374LS192引图图中：加计数时钟输端减计数时钟输入端;为置输入控制端,异步预置;MR为复位输入端，高电平有效，异步除为进位输出：1001状态后负脉冲输出；TCd为借位输：0000态后负脉冲输其功能表如下：表74LS192能表输入

输出MR

P1P0Q110

0

××

d

b

a

0d

0C

0b

0A0

1

1

加计数011

减计数374LS153的绍为两组选数据选择，数据选择端AB)为两组共用，按二制译,以供两组从各的个数据（――1C――2C3）中别选取个所需的据只有在两组各自的选通（1G）为低电平时才可选数据.其引脚图和功表如下：15

武汉理工大学《交通信号控制系统的设计仿真与制》课程设计说明书引出端符号：AB～1C3、2C0~2C3、2G1Y、2Y

图-8管图选择输入端数据输入端选通输入端(低电平有效）数据输出端表-3功表16

武汉理工大学《十字路口通灯的设计与实现》课程明书5译码示电路由于置数位后开始倒计时的候用于状态转的74LS192时Q0Q1于01等待下次置数的入，所以主干道01显示绿灯10时显黄灯00时显示红灯次干道方面显示红灯时显示绿灯00显示黄灯：状态控制输出

主干道交通灯

次干道交通灯Q1001

Q0010

GY001001

gyr010001100有真值表可求各信号灯的逻辑数表达式为：g=Q1y=

Q0R=

Q

现在选择半导发光二极管模拟通灯，根据逻辑达式设计组合电路达到交通灯状态转换。故状态码器的电路组成图图3状译器的电路成17

武汉理工大学《十字路口通灯的设计与实现》课程明书6倒计显示电路减数计数显示分为两个相级联并接上端数码管分别控制十位和位的输出，由低的借位端至高位的减数输入信号端现60、、25、、进制的减数计算图9示：图倒计时显示电路图18

武汉理工大学《十字路口通灯的设计与实现》课程明书4电路的测试与仿真状态译码器主完成对状态计数的输出进行译码工作，是整个设计核心所在，也是电路其它分正常工作的基，调试时将状态数器接至Proteus提供的数字脉冲源，将脉冲周期设为，仿真运行，观察主道和次道交通灯的状态转与状态计数器的出与表3和表7列出的真值表行对比看是否符要求计数器模块主实现倒计数功能，而译码显示则将计数器的状态行译码并通过数管加以显示，仿真试主要是观察计数器能否确减计数,且在减计数至00时能否自动进行预置数，在真调试时将两片计数器的预数端接调试工具的逻辑状（时脉冲选用Proteus提供的时钟信源，进行仿真分，观察计数器的数是否符合要求，且在减计数至00时能否自动进预置数。用protues软仿真绘制的电路图，观察只译码显示器的化，通过测试分得其四种状态的结果下:图仿真效果图19

武汉理工大学《十字路口通灯的设计与实现》课程明书5设计电图图5—1仿真完电路图6总设计路交通灯控制系主要由状态控制块计数模块,译码示模块时时间置模块，秒脉冲发生模几部分构成，系初次上电时由于态控制器的计数器始值不确定，因而会进入一不定状态，但在依状态转换（主道次道任一计数器减数至零系即可进入正常工作状态.在正常工作状下状态计数器的低两位一直四个状态之间循过对四种状态输出（，）的译码即控制交通灯的四个作状态同时对其状态译码还可以制主道和次道减计器下一状态的预数，从而实现不时间的定时。从设要求所给的波形图可以发现，道和次道任一计器减计数至零时进行依次状态转换而减计数至零时将进行预置数因而可以通过预数反馈线信号取后经过或非门为状控制器的计数器20

武汉理工大学《十字路口通灯的设计与实现》课程明书提供转换信号使在任一计数器计数至零时均会生状态转换假设状态计数处于的状态，经状态码电路后交灯主道的绿灯，次道的红灯亮T2=0；T1=T3=t1=t2=t3=1，态总线收发芯主道黄灯的计时周期预数工作，在主道数减计数至00时,产的借位信号经馈为主干道计数器预置数，实依据计时需要选不同的预置数。时错位信号产生的钟上升沿使状态计数器的状态一,进入下一计数状态，然再进行状态译码，计数，预置数，从实现循环。7个人体会这次是第二次课程设计大第一学期做过份模拟电子的课程计，所以这次已经没有了第一次慌乱无措当拿到次的题目—十字路口交通管理设计与实现后我就立刻开始查询关资料进方案论证，选择案,系统设计，本电路的设计，做备工作。但是这次准备时间比较短在所有考试完成只有三天的时间，个的过程都很匆忙.首先是要下载真软件。之前没有接触过这个软，对它的各种使都不是很熟悉.在次的仿真过程一步一步的学会使用它。与此同时由我自己准备的路图,不是很简练，真的过程中，我对电路进行了进步的化简，增强了对电路的理解。因为没有用到片机我的电路图中时序逻辑图涉及到很多的芯片种器件之间的接线很多很复杂在仿真的过程中因为粗心大意，好次都接错了线又因为对的不熟悉导致仿真的过程寸步难行。做电图的仿真，做了整15个小时。懂付出的人,都得得到回报。后终于是把仿真做来。那下一步就是电路板的焊接。同样的原因，为用的是时序逻电路的组合，电图很繁琐，画出完的焊接图也耗费了一晚上时间。因为电路的两部分几乎是模一样，出于便于试的目的，我把两部分完全分焊接。主干道的接，用了一上午时间，只要细心，不会有太大的问题一个上午也基本完成.剩的电路焊接基相同，进行的很利的。但是最后合到了一起怎么都能成功。无奈之,只放弃这个焊接电路，改用杜邦来连接但是，最后也并没有出来。失败的原在后面的调试环中有做相关的总结接下来就是写报21

武汉理工大学《十字路口通灯的设计与实现》课程明书告。报告中于我来说,难的两个点是案论证和原理的述对于方案论证我查阅了多的资料，最总结出了两个方写在报告中，我纳了其中的一个方。原理的叙述困难在我自己知道原理是什但是要很条理清晰写出来让没有做过这个实的人也能看得懂我觉得就很困难。这两个部分也在最后一天占用我间最长的。通过这次的数电子课程设计的计与制作，我将堂上所学的数字电知识运用到了实践当中进一步加深我对数字电子理知识的理解同时这次的设计题目是与现实生活息息相的,让我切身感受到了数字子与实际生活之间联系发我对数字电极大的兴趣。者我也学了protues仿真软件的使用以上所列种种，为我以后对本专业的学习打了坚实的基础我也会吸取这课程设计中的种种验教训运用到以后的学习生活过程,争取在四毕业时,为一名合格的毕业.8元件清单原件清单CD451174LS0074LS0474LS32555芯片共阴数码管16芯片座14芯片座8芯片座LED灯（红，绿，黄）电器排针

功能BCD码器与门非门或门双向三态门可逆计数器

数