交通灯控制电路的设计报告

概述随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。交通灯的出现时人类文明的一大进步，使得许多人为交通事故的减少，城市交通问题因此得到解决。本次课设我们通过所学的知识设计了一个使得主干道与支干道交替通行的交通灯控制电路，主干道通行时绿灯亮，支干道红灯亮，时间为35秒。支干道通行时，绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。每次绿灯变红时，要求黄灯先亮5秒。此时另一路口的红灯也不变。在绿灯（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。方案论证首先分析我们要设计的这个交通灯控制电路的功能有以下几点：1、可以控制主干道与支干道的信号灯的明暗，2、可以对主干道与支干道的信号灯亮的时间进行倒数计时。因此我们可以知道此电路应包含振荡电路、计数器电路、译码显示、主控制电路和信号灯译码驱动器等五个部分，并分析其原理图如图1所示并作出以下两种方案。译码显示译码显示主控主控制电路信号灯译码驱动器计数器电路时钟信号计数器电路振荡电路振荡电路时钟信号图1交通灯控制电路方案一：将整个电路工作循环周期70S作为总时间，用74LS192D芯片在此基础上进行分段，前35S主干道绿灯亮支干道红灯亮，中间5S黄灯闪烁，最后30S支干道红灯亮支干道绿灯亮，再根据每一段的输出信号不同用基本逻辑门电路连接交通灯来实现每段时间不同的灯亮。此方案易于分析理解，缺点是相对于第二种方案可操作行比较差，需要的原件比较多，不易实现，性价比较低。方案二：对红绿灯时段分别倒数计时，运用红绿灯变化时的高低电平对74LS192D芯片进行置数，使之能分别进行35S、30S、5S倒数计时，再通过74LS160N芯片的输出端进行各种逻辑组合运算控制红黄绿三种灯的亮灭，通过555定时器提供的脉冲信号控制黄灯的闪烁。此方案与方案一相比更易操作，用到的逻辑运算器件也比方案一要少，现实应用时可用性好，性价比较高。电路设计1、振荡电路脉冲信号源选用555定时器产生，频率为1Hz,其各项数据为R1=4.7KΩ，R2=5.7KΩ，C1=1mF,C2=10nF,其电路图如图2所示。图2振荡电路2、计数器电路电路工作循环周期为70S，，主干道红灯为35S，绿灯为30S，次干道上红灯35S，绿灯30S，黄灯5S，本设计我选用了74LS192D和74LS160N，74LS192D芯片具有倒数计时清零置数功能，用来进行倒数计时，74LS160N是加法计数器用来进行同步计数来控制信号灯的亮灭。计时器电路分两部分，倒数计时部分和加法计时部分。倒数计时部分电路如图3所示，加法计时部分电路如图4所示。图3倒数计时器电路图4加法计时器电路3、译码显示此部分电路的作用是将倒数计数器电路中的数值通过数码显示管显示出来便于人们可以直接观察，此电路通过555定时器输入脉冲信号到74LS192D芯片再接数码显示管，使数值以倒数计时方式显示出来。其电路图如图5所示。图5译码显示电路4、主控制电路主控制电路主要是74LS192D芯片输出的信号到数码显示管，每次计时完成后此输出信号通过基本逻辑运算对74LS192D和74LS160N芯片进行重新置数使得整个交通灯控制系统能循环的进行下去。其电路图如图6所示。图6主控制电路5、信号灯译码器电路此部分电路是为了将计数器输出的信号转变为红黄绿三种颜色的灯变化所需的信号，通过计数器74LS160N输出的信号进行基本逻辑运算控制红灯和绿灯的亮灭，黄灯的闪烁则是通过74LS160N输出地信号和555定时器所产生的脉冲信号进行逻辑运算实现的。其电路图如图7所示。图7信号灯译码器驱动电路性能的测试在Multisim10.0环境下对电路进行了测试，测试效果如图8到图11所示四种状态。由于74LS192D芯片可以进行倒数计时，74LS160N芯片的输入端全部接地，故信号灯的输入信号是由这两种芯片的信号以及555定时器所产生的脉冲信号进行各种逻辑运算得到的，总共可得到以下几种结果：前35S内主干道绿灯亮，支干道红灯亮，见图8；中间5S主干道黄灯闪烁，支干道红灯亮，见图9；后30S内主干道红灯亮，支干道红灯亮，见图10；最后5S主干道红灯亮，支干道黄灯闪烁，见图11；图8主干道绿灯亮支干道红灯亮图9主干道黄灯闪烁支干道红灯亮图10主干道红灯亮支干道绿灯亮图10主干道红灯亮支干道黄灯闪烁结论电路经过Multisim10.0的测试，倒计时以及信号灯变化等功能均可实现，只要开始接通电路，电路便可自动运行，主干道先倒计时35S且绿灯亮，支干道倒计时35S且红灯亮，然后主干道黄灯闪烁5S支干道红灯不变，接着支干道倒计时30S且绿灯亮，同时主干道倒计时30S且红灯亮，最后支干道黄灯闪烁5S且主干道红灯不变。所有预设功能均可实现。性价比本次设计所用的为电阻2个，数码显示管2个，74LS192D芯片2片，74LS160N芯片1片，与门、非门、或门若干。这些元器件在市场上均可以买到不必自己另行组合，导线也可以买到，所以本次设计性价比较高。课设体会及合理化建议这次课程设计可以说有很大的收获，开始时设计好几个方案均不能达到要求。在答疑时听取了老师的建议，可设计出两个可行的方案，并通过性价比、可行性等最终敲定一个的方案。设计好电路时，便开始进行模拟实验电路。这时便开始遇到一次又一次的打击，总是得不到想要的结果，只好从资料中检查每一个芯片的功能表、真值表，并改进电路，我忘不了电路运行成功的那一刻，太兴奋了。从这次课程设计活动中我认识到了一定要认真对待每一个问题，很有可能就在一个你不注意的地方导致你失败。我想设计实验时可以进行一次大的组合性设计实验，比如可以一个班或几个班一起设计实验，每个团体分担一部分，都成功后就可以组合成一个完整的实验，而这个实验可以运用到身边生活中，我想这样就更可以调动积极性以及开放性设计性。最后再次感谢关老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！参考文献[1]阎石主编.数字电子技术基础.[M]北京：高等教育出版社，1998年[2]靳孝峰主编.数字电子技术基础，哈尔滨工程大学出版社，2010年[3]孙肖子、邓建国等主编.电子设计指南.[M]北京：高等教育出版社，2006年[4]李银华主编.电子线路设计指导.[M]北京：北京航空航天大学出版社，2006年[5]付家才主编.电子实验与实践.高等教育出版社，2003年[6]李秀人主编.电子技术实训指导.[M]西安：国防工业出版社，2006年附录Ⅰ整体电路原理图附录Ⅱ元器件清单 序号编号名称型号数量1R1，R2电阻85K，100K22U4，U5数码显示管DCD-HEX23U2，U3计数器74LS192D24U1