交通灯设计数电课程设计报告

课程设计论文题目:交通灯定时控制系统得设计、制作学院:____专业:____学号:_____姓名:________指导教师:_________完成日期:设计任务书在城镇街道得十字交叉路口,为了保证交通秩序与行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;黄灯亮表示该条道路上未过停车线得车辆停止通行,已过停车线得车辆继续通行;绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯得状态转换,指挥各种车辆与行人安全通行,实现十字路口交通管理得自动化。设计一个十字路口得交通灯定时控制系统,基本要求如下:(1)甲车道与乙车道两条交叉道路上得车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能:(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;(5)要求通行时间与黄灯亮得时间均可在0~99s内任意设定。目录一、交通灯设计原理………………4二、单元电路得设计……………、、、、81、秒脉冲发生器……………、、82、定时器…………………、…、、93、控制器…、、、………………、、114、译码器……………、、、……、、145、显示部分………………、、、166、整个交通灯控制系统得布局……………、、、17三、仿真过程与效果分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、17四、元器件清单、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、19五、体会总结、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、20六、参考文献、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、21七、附录一.交通灯设计原理

交通灯控制系统得原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器与秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器就是该系统中定时器与控制器得标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯得控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器就是系统得主要部分,由它控制定时器与译码器得工作。图中:

TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮得时间间隔为25秒,即车辆正常通行得时间间隔。定时时间到,TL=1,否则,TL=0。

TY:表示黄灯亮得时间间隔为5秒。定时时间到,TY=1,否则,TY=0。

ST:表示定时器到了规定得时间后,由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态得定时。图1交通灯控制系统得原理框图两方向车道得交通灯得运行状态共有4种(因人行道得交通灯与车道得交通灯就是同步得,所以不考虑),如表1所示表1信号灯状态车道运行状态甲绿,乙红甲黄,乙红甲红,乙绿甲红,乙黄甲车道通行,乙车道禁止通行甲车道缓行,乙车道禁止通行甲车道禁止通行,乙车道通行甲车道禁止通行,乙车道缓行一般十字路口得交通灯控制系统得工作过程如下:

(1)图甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮。表示甲车道上得车辆允许通行,乙车道禁止通行。绿灯亮足规定得时间隔TL时,控制器发出状态信号ST,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得车辆停止通行,已过停车线得车辆继续通行,乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST,转到下一工作状态。

(3)甲车道红灯亮,乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行,乙车道上得车辆允许通行绿灯亮足规定得时间间隔TL时,控制器发出状态转换信号ST,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,乙车道上位过县停车线得车辆停止通行,已过停车线得车辆停止通行,已过停车线得车辆继续通行。黄灯亮足规定得时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST,系统又转换到第(1)种工作状态。

交通灯以上4种工作状态得转换就是由控制器器进行控制得。设控制器得四种状态编码为00、01、11、10,并分别用S0、S1、S3、S2表示,则控制器得工作状态及功能如表2所示表2控制工作状态及其功能控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S2(11)S3(10)甲绿,乙红甲黄,乙红甲红,乙绿甲红,乙黄甲车道通行,乙车道禁止通行甲车道缓行,乙车道禁止通行甲车道禁止通行,乙车道通行甲车禁止道通行,乙车道缓行控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯得控制信号。为简便起见,把灯得代号与灯得驱动信号合二为一,并作如下规定:

AG=1:甲车道绿灯亮;

BG=1:乙车道绿灯亮;

AY=1:甲车道黄灯亮;

BY=1:乙车道黄灯亮;

AR=1:甲车道红灯亮;

BY=1:乙车道红灯亮;由此得到交通灯得ASM图,如图2所示。设控制器得初始状态为S0(用状态框表示S0),当S0得持续时间小于25秒时,TL=0(用判断框表示TL),控制器保持S0不变。只有当S0得持续时间等于25秒时,TL=1,跳转到S1,这时当S1持续时间小于5秒时TY=0,控制器保持S1不变,只有当持续时间等于5秒时,控制器发出状态转换信号ST(用条件输出框表示ST),也就就是说每跳转一次持续总时长为30秒,然后转换到下一个S2状态,满足条件又跳到S3得总时长30秒工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所示表达得含义。ARBYSTARBYSTAGBR001TYTL1TYTL010011TLARBGSTTYAYBR010011TLARBGSTTYAYBR图2.画出交通灯控制器得ASM三.单元电路得设计(1)秒脉冲发生器脉冲信号发生器用得就是555定时器构成多谐震荡器,震荡频率为:f=1、43/(R1+2R2)C电路图如下图:图3秒脉冲产生器图4秒脉冲产生器结果(2)定时器定时器由与系统秒脉冲(由上面时钟脉冲产生器提供)同步得计数器构成,要求计数器在状态信号ST作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从0开始进行加1计数,向控制器提供模5得定时信号TY与模25得定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163就是4位二进制同步计数器,它具有同步清零、同步置数得功能。其功能表如表所示。表中,LD’为置数端,RD’为清除端,EP,ET为使能端。图4则为两片74LS163连接得定时电路图。表374LS163功能表CLKRD’LD’EPET工作状态X↑XX↑01111X0111XXXX01X011置零预置数保持保持(C=0)计数图574LS163组成定时器电路图还可以用74LS160来实现这个定时器。但就是由于该芯片不就是二进制而为十进制计数器,在进行拓展就是更加方便。其定时器电路图如下:图674LS160组成得定时器电路图(3)控制器

控制器就是交通管理得核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态得转换。从ASM图可以列出控制器得状态转换表,如表12、3所示。选用两个D触发器做为时序寄存器产生4种状态,控制器状态转换得条件为TL与TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时,如果TL＝0,则控制器保持在00状态;如果,则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。这两种情况与条件TY无关,所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推,同时表中还列出了状态转换信号ST。表3控制器状态转换表

根据表12、3、可以推出状态方程与转换信号方程,其方法就是:将Q1n+1、Q0n+1与ST为1得项所对应得输人或状态转换条件变量相与,其中"1"用原变量表示,"0"用反变量表示,然后将各与项相或,即可得到下面得方程:

根据以上方程,选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器得输入函数,将触发器得现态值加到74LS153得数据选择输入端作为控制信号.即可实现控制器得功能。控制器原理图如图7所示。由两个双多路转换器74LS153与一个双D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态,多路转换器与触发器配合实现4种状态得相互交换。电路逻辑图如下:图7控制器逻辑图其原理为:CLK分别送给U7A与U7B得3与11得清零端。将TY接入U4得5与U5得4与5;TY非接入U4得4;TL接入U4得10与U5得3与6;TL非接入U4得13。如上图所示:74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器得输入函数,将触发器得得现态值加到74LS153得数据选择端作为控制信号,即可实现控制器得功能。(4)译码器

译码器得主要任务就是将控制器得输出Q1、Q0得4种工作状态,翻译成甲、乙车道上6个信号灯得工作状态。控制器得状态编码与信号灯控制信号之间得关系如表4所示。表4控制器状态编码与信号灯关系表Q1Q0AG绿灯AY黄灯AR红灯BG绿灯BY黄灯BR红灯00100001010100011100110010001010通过与门来简洁翻译成两路交通得亮灭,其中,黄灯得闪烁,就是通过时钟信号得高低电平与Q1,Q0得状态控制其亮灭及闪烁。下图为译码器及交通灯部分得电路图:图8译码器及交通灯电路图其原理为:将定时器输出得TY。TY非;TL。TL非分别作用于控制器得芯片74LS153中,在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化得电平。控制器中得信号在送给由芯片74LS08组成得译码器后再通过电路中得指示灯与200欧得电阻从而得到交通灯得逻辑电路,这种电路得结果最终通过小灯得正常闪烁来实现。(5)显示部分显示部分由74LS48与共阴极七段数码管组成,74LS48作为译码器,对74LS160得输出信号进行译码,然后通过七段数码管显示出74LS160得计数。即交通灯需要显示得时间。其设计如图下:图9显示部分电路图(6)整个交通灯控制系统得布局四.仿真过程与效果分析1、系统调试与结果(1)组装调试秒脉冲电路。(2)进行定时电路得组装与调试。当输人1Hz得时钟脉冲信号时,要求电路能进行增计时,当增计时到25时,能输电有效得定时时间到信号。(3)调试交通灯控制器以及显示部分。(4)判断各部分电路之间得时序配合关系。然后检查电路各部分得功能,使其满足设计要求。最终调试如下:接上电源,便可以进行交通灯控制系统得仿真,电路默认把通车时间设为25秒,甲车道方向绿灯亮,行人车辆都可自由通行;乙车道方向车道得红灯亮,车辆禁止通行。时间显示器从预置得0秒,以每秒增1,增到25到0时,甲道得绿灯转换为黄灯,其余灯都不变。从增至5秒又到0后时甲车道得黄灯转换为红灯;乙车道得红灯转换为绿灯。如此循环下去。2、实体电路仿真成功后,按照仿真图进行实物连接及调试。调试过程如下:(注:调试得常用仪器有:万用表、示波器、信号发生器。)电路通电前得检查:电子安装完毕,通常不宜急于通电,要形成这种习惯,先要仔细检查。其检查内容包括:(1)连线就是否正确按照实际线路来对照原理图电路进行查线。以元件为中心进行查线。把每个元件引脚得线一次查清,检查每个去处在电路图上就是否存在,防止出现错线与少线,多线。同时对于已查过得线通常应在电路图上做出标记。(2)元器件得安装情况检查元器件引脚之间有无短路与接触不良,尤其就是电源与地脚,发光二极管“+”、“-”极不要接反。以上检查完毕后把经过准确测量得电源接入电路。观察有无异常现象,包括有无元件发热,甚至冒烟有异味电源就是否有短路现象等;如有此现象,应立即断电源,待排除故障后才能通电。若无异常则直接通电。四.元器件清单集成电路74LS741片74LS482片74LS1632片(或74LS1602片)74LS041片74LS082片74LS1532片74LS001片N5551片芯片座若干电容10μF,0、01μF,电阻47KΩ两个发光二极管6个(红黄绿各2个)五.体会心得通过这次课程设计,不仅加深了我对数字逻辑电路得理解,而且加强了我独立思考与合作交流及动手能力。通过每个模块得设计加深了对理论知识得掌握,同时在焊接电路板时,真切得到实践与理论并非同一回事,比如在TL与TL非得转换就是,我一开始采用得就是与门与非门,结果需要给74LS163高电平信号才能进行循环,但就是在仿真中却能得出正确结论,经过多次示波器检测,发现TL与TL非处出现了不定态所导致,最后将TL与TL非处得转换变成与非门与非门得连接方式。从这次实践中,深深得体会到了“实践出真知”这句话得真正内含。同时在这次实践中,加强了对各种元器件得认识,比如电解电容引脚长得为正极,集成片该如何放置等,同时使更加熟练了焊接技术。还认识到多跟同学交流得重要性,这样不仅可以就是自己设计出更好更简洁得电路,而且能使自己少走弯路,分享彼此在实践中中得遇到得问题,还可以使自己学到更多,对问题理解得更加透彻。比如刚开始时自己设计得仿真电路出问题时,通过与她人讨论发现问题出在74LS163得置数端没有接高电平,并且我也帮别人检查得仿真电路时知道了74LS153得