数电技术课程设计-交通灯控制电路设计

课程设计报告书专用纸第11页共11页淮海工学院课程设计报告书课程名称：数电技术课程设计题目：交通灯控制电路设计系（院）：电子工程学院学期：专业班级：电子101姓名：学号：031091130评语：成绩：签名：日期：引言众所周知，中国是世界上人口最多的国家，同时中国也是世界上交通事故发生率最高的国家。中国每年交通事故死亡人数超10万人，居世界第一。目前中国的道路安全形势非常严峻，有统计数据表明每5分钟就有一人丧生车轮，每1分钟就会有一人因交通事故而伤残，每年中国因交通事故所造成的经济损失上达数百亿元。随着社会经济的发展，每年都有大量的农村人口迁往城市，逐年增多的城市人口无疑给城市的交通带来了很大的负担。尤其在一些经济较发达的城市，例如上海，北京几乎每天都会发生很多次堵车，这就白白浪费了很多人宝贵的时间。因此设计一个行之有效的交通灯控制电路，并让人们自觉遵守，不但能有效的降低交通事故的发生率，而且可以帮助很多人节省大量的时间，从而间接提高人们每天的工作效率。我国交通路灯标志分为4种：禁止标志用红色；警告标志用黄色；指示标志用蓝色。本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路进行设计,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的自动化。2设计任务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25s。2、要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道。3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。4、每路口均有时间显示（两位LED）。3设计要求1、画出总体设计框图，以说明交通灯由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输途径、方向和频率变化。并以文字对原理做辅助说明。2、设计各个功能模块的电路图、真值表（或状态转换图）并加上原理说明。3、有条件时选择合适的元器件，在面包上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证是设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出信号方式要便于电路的测试和故障排除。4、设计整个电路的电路图，加上原理说明。有条件时对整个电路的元器件和布线进行合理布局，并进行整个交通灯电路的接线测试4设计原理与参考电路4.1交通信号灯控制电路的系统框图如图1所示为交通灯控制系统的系统框图。电路主要由秒脉冲发生器、减法计数器和控制器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中减法计数器标准时钟信号源，控制器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。图1交通信号灯控制电路的系统框图4.2交通灯控制器的ASM一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：(1)甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间间隔后，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。(2)甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。(3)甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。(4)甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第(1)种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状，分别用S0，S1，S3，S2表示，则控制器的工作状态及其功能如表1所示.表1控制器工作状态及功能控制状态信号灯状态车道运行状态S0甲绿，乙红甲通行，乙禁止S1甲黄，乙红甲缓行，乙禁止S2甲红，乙绿甲禁止，乙通行S3甲红，乙黄甲禁止，乙缓行控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=l：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮；5功能模块设计5.1秒脉冲发生器脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐振荡器。555定时器的芯片结构如下图2图2555定时器引脚图可以用555定时器构成多谐振荡器，从而产生所需的脉冲信号，由555定时器组成的多谐振荡器如图3所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。图3555接成的多谐振荡器可选择R1=54.9K，R2=47K，C=0.2uF，则振荡频率f=f=1.43/(R1+2R2)C=100H，其震荡波形如下图4图4多谐震荡器的波形5.2定时器定时器由同步十进制加/减计数器74LS190构成，用两片74LS190级联形成30进制减法计数器。5.2.174LS190引脚图图574LS190引脚图CLOCK:时钟控制端（上升沿有效）CT：计数控制端（低电平有效）D0——D3：并行数据输入端LOAD：为异步并行控制输入端Qa——Qd：为数据输出端U/D:为加减计数控制端5.2.274LS190的功能表表274LS190的功能表输入输出LOADCTENU/DCLKABCDQAQBQCQD100↑××××加法计数0××↑abcdabcd101↑××××减法计数74LS190的主要功能如表2所示，下面作简要说明。（1）预置数：当置数端（LOAD）为低电平时，当时钟上升沿到来时，数据输入端信号A、B、C、D将对内部触发器直接置位或复位，结果使QA=A、QB=B、QC=C、QD=D，而与其他控制端的电平无关。（2）计数：在允许端CTEN为低电平，置数端无效（LOAD=1）的条件下，若加／减输入端U/D为低电平，则可进行加计数，若加／减输入端U/D为高电平，可进行减计数。（3）禁止计数：当允许端CTEN为高电平时，计数被禁止。值得注意的是，允许端的电平应在CP为高电平时发生变化。（4）级联：为了便于进行级联，采用了两个输出：脉动时钟输出（RCO）和最大/最小（MAX/MIN）计数输出。当计数器发生溢出或下溢时，脉动时钟输出将产生一个低电平输出脉冲，其宽度为时钟输入的低电平部分，而最大/最小计数输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度为时钟脉冲的整个周期。5.2.3计数器电路及原理图6计时器电路图原理：上图中电路构成了30进制减法计数器，U4为十位显示端，U6为个位显示端。由于两芯片要实现的是减法计数，所以U/D均接高电平。在上图中U1的A、B引脚接高电平，C、D引脚悬空（相当于接低电平），而U2的引脚A、B、C、D均接低电平，所以当接通脉冲后U1的输出为0011，U2的输出为0000，故七段字符显示器U4显示3，U5显示0。当U2接入时钟脉冲后，U2做减法计数，当计数至0000时，输出一个借位脉冲，使U1的输出减1。只有当U1，U2两个芯片的输出同时为0000时，U8A和U9A的输出才同时为高点平，U5A的输出才为低电平。这时两芯片的LOAD引脚低电平有效，使两芯片分别置数，U1被置成0011，U2被置成0000，从而构成了一个循环。5.3控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。下图为控制器的电路图图7控制器电路图控制器由由一个四脚与门、一个与门、一个或非门和一个或门组成。在计数器计数从30——0的一个循环内，控制器的状态发生过两次跳变。第一次是当计数器U1的输出为0000，U2的输出为0101（即计数器计数至倒数第五秒的时候），控制器的输出端由低电平跳变成高电平，交通灯的状态发生转换。第二次是当计数器U1的输出为0000，U2的输出也为0000时，控制器的输出端由低电平跳变成高电平。6总电路图设计图8总体电路图7设计总结通过这次的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。这次的课程设计我是和几个同学在一起做的，首先我们积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道的原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。本次课程设计也巩固和加深了我对数字电路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。这次的课程设计让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！8元器件列表

51-序号名称元件编号参数备注1十进制加/减法计数器74LS19122七段数码显示器DCD_HEX_BLUE23显示，灯PROBE64555触发器555_TIMER_RATED15JK触发器74LS7326直流电源VCC5v37交流电源V25v，50Hz18电阻R154.9k19电阻R247k110电容C150nF111电容C210nF112或门7448N113或非门4001BD_5V114或非门4002BD_5v215与门7408N116与门74LS08N617与非门74LS00N19参考资料[1]电子技术课程设计指导，彭介华主编，北京：高等教育出版社，1997[2]实验电子技术，李振声主编，北京：国防工业出版社，2001[3]电子电路实验及应用课题设计，卢结成、高世忻等编，合肥：中国科学技术大学出版社，2002[4]《中国集成电路大全》编写委员会编写，北京：国防工业出版社，1985[5]电子技术基础课程设计，梁宗善编，武汉：华中理工大学出版社，1995[6]国防科技大学高吉祥主编《电子技术基础实验与课程设计》第二版[7]清华大学童诗白、华成英主编《模拟电子技术基础》第三版[8]清华大学梁恩主、梁恩维编《Protel99SE电路设计与仿真应用》[9]西安电子科技大学曾兴文主编《高频电子线路》基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪