简易模拟交通灯的设计

1课程设计报告设计题目：简易模拟交通灯班级：05电本（2）班姓名：学号：目录摘要2关键词一设计目的二设计任务与要求三设计原理和单元电路设计1系统的逻辑功能及其原理框图2系统单元电路的设计四、仪器设备五、电路制作与调试1、主要步骤与方法2用EWB工具仿真调试3、电路板制作4、调试结果及分析六心得体会七参考文献3简易模拟交通灯摘要：交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。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。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。本课程设计主要以数电课程设计为主，设计一简易模拟交通灯。它主要由控制器、定时器和秒脉冲信号发生器等部分组成。以下就交通灯控制系统的电路原理、设计和实验调试等问题来进行具体分析讨论。关键词：交通控制、交通灯、时间发生器、555定时器一、设计任务与要求有一条甲干道和一条乙干道的汇合点形成十字交叉路口，甲干道为东西向，乙干道为南北向。为确保车辆安全，迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红，绿，黄3色交通信号灯。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15秒。2．要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道。3．黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。二、设计目的1、根据要求，复习巩固数字电路的基础知识。2、掌握数字系统的设计方法，特别是熟悉模块化的设计思想。3、熟练掌握EWB、Protel工具的使用，并进行仿真和画图。4、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；三、设计原理1、分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。4图1交通灯控制系统原理框图TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为15秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，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的定时（1）图甲车道绿灯亮，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，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔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的车辆停止通行，已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。（5）交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1所示，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：控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01）甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S3（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，甲车道通行S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，甲车道缓行G1：甲车道绿灯亮；G2：乙车道绿灯亮；Y1：甲车道黄灯亮；Y2：乙车道黄灯亮；秒脉冲发生器控制器定时器译码器甲车道信号灯乙车道信号灯红绿黄红绿黄TLTyST5R1：甲车道红灯亮；R2：乙车道红灯亮；2．单元电路的设计（1）移位寄存器在脉冲的作用下进行移位。74LS164八位串行入/并行输出，其引脚图及功能如下：（2）秒脉冲发生器模块时钟发生器电路由一片74LS164、时钟脉冲产生电路和几个门电路构成，时钟脉冲产生电路用一片555定时器构成多谐振荡器，设计脉冲周期为1s。图2555EWB仿真图输入输出清零时钟ABQaQb……QhL×××LL………LHL××QaoQbo……QhoH↑HHHQan……QgnH↑L×LQan……QgnH↑×LLQan……Qgn6555多谐振荡器实际中将48.5电阻用47电阻和2电位器替换其仿真波形图如下：从仿真图中可看出T=1.012s，这与要求T=1s相符合。（3）交通灯控制及驱动模块控制器原理：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选用一个双D触发器74LS74（上升沿触发有效）做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和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。D触发器的作用是在非常繁忙时，对红绿灯的转换进行控制。7（a）引脚图（b）功能表四、实验仪器设备1．集成电路芯片：74LS74*1片，74LS164*1片，74LS04*1片，74LS32*1片，74LS08*3片，NE555*1片2．电阻10KΩ1只，47KΩ2只，2K1只（滑动变阻器）3．电容10uf1只4．发光二极管6只五、电路制作与调试1主要步骤与方法（1）设计、组装寄存器电路，其输出接甲、乙车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。（2）设计、组装秒脉冲产生电路。（3）组装、调试定时电路。（4）组装、调试控制器电路。（5）完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。2、用EWB工具仿真调试。（仿真电路见附页一）仿真结果分析：甲干道绿灯亮时，乙干道红灯亮，反之亦然，两者交替允许通行，甲干道每次放行15s，乙干道每次放行15s。每次由绿灯变为红灯的过程中，亮光的黄灯作为过渡，亮5s，此时相应干道红灯保持不变，。计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。可见本系统实现了交通灯控制电路的设计要求。3、电路板制作在这次设计过程中当仿真成功后，采用ProtelDXP工具画电路原理图及PCB图。8（设计电路图见附页二）经检查无误后，进行制板。过程如下：（1）设计PCB电路EWB仿真成功后，根据EWB仿真图在ProtelDXP上画原理图，在这一过程中的主要任务就是要确保EWB仿真图正确无误的画在ProtelDXP上。难点在于所有的门电路都用芯片来取代。在正确画好原理图后，对其中的所有元件选取正确的封装，然后导入到PCB制图的界面。然后采取自动布线。由于本次设计使用了比较多的门电路，而象74LS04、74LS08、74LS32等芯片都是多个门电路集成在一起，所以飞线比较多，几次自动布线的结果都不太理想，最后决定用手动布线。本次实验做了两快板，第一快板由于没考虑尺寸问题，4、调试结果及分析调试过程中，将555定时器的3输出端接入示波器，可观察到如下脉冲波形：T=1s调试结果如下：状态甲干道乙干道时间1绿灯亮红灯亮15s2黄灯亮红灯亮5s93红灯亮绿灯亮15s4红灯亮黄灯亮5s由于在555输出端增加了一个发光二极管，现象会更加明显。六心得体会数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。选题过程：经过充份的思考和考虑我们的学习情况以及个人兴趣等等，我们选定了“简易模拟交通灯电路”这个题目。因为这与实际相联系，相信这是个有意思的题目。学习交通灯系统电路的设计，增加我对电子设计的了解以及对一些电子元件的应用，以及让我学习和掌握数字电路这方面知识。在EWB仿真过程中，我进行得有些慢，碰到了一些问题，仿真没有波形输出，电阻、电容值没有设定好，对示波器的使用不够熟练。后经查找一些相关教材，资料，相应软件，找全了和本次课程设计相关的不懂问题。根据所分析的系统的设计要求，在EWB仿真环境下进行元器件之间的连线与仿真，及时检查元器件的使用、放置、连线是否有错误。根据交通灯系统的控制要求，经过实验，排除所有实验中的错误并实现了预定的功能。在仿真时我们加了数码显示用来测试时间，但在实际过程中由于时间不足和自己能力的不足，我们没做数码显示这部分电路，在调试中使用电子秒表来计时，会存在一些误差。根据仿真图用ProtelDXP软件画出电路原理图，这对于我来说只要仔细就可以轻松正确地完成。总之，这次实训基本上可以说是顺利完成。在短短的一个星期里，我从中学到了很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，加强了我们对电路的分析能力和操作能力，对于我们认识掌握各种操作技巧具有很大的帮助。在设计的过程中也遇到了不少问题，发现了自己的许多不足之处。在这过程中也让我体验到了收获的喜悦，苦中有乐，也让我感受到了团体合作的重要性，谢谢他们的帮助，一起检查仿真图和电路原理图。在大家的协助下，我们最终顺利完成了任务。七参考文献1阎石主编，数字电子技术基础，高等教育出版社2张蓬等编著，ProtelDXP电路设计入门与应用，机械工业出版社3付家才主编，电子实验与实践，高等教育出版社10附一EWB部分仿真电路附二电路原理图及PCB图11