交通信号灯的设计与制作

淄博职业学院毕业论文设计1毕业设计题目交通信号灯的设计与制作姓名周瑶学号201303120002系（院）电子电气工程学院班级P13电气一班指导教师王正方职称教授2016年5月淄博职业学院毕业论文设计2目录引言··································································31设计意义及要求·····················································41.1设计意义······················································41.2设计要求······················································42方案设计·······················································52.1设计思路·····················································62.2方案设计·····················································62.2.1设计方案一··············································72.2.2设计方案二··············································72.3方案比较·····················································83部分电路设计······················································93.1数码管显示单元···············································93.2计时单元······················································113.3片选单元······················································123.4脉冲产生模块··················································133.5红、绿、黄灯的控制············································144仿真操作步骤及使用说明·············································164.1软件仿真步骤··················································164.2仿真使用说明··················································175调试与检测的方法与技巧·············································185.1调试中故障及解决办法·········································195.2调试与运行结果···············································19结束语······························································20参考文献····························································21淄博职业学院毕业论文设计3引言交通的发达，标志着城市的发达，相对交通的管理则显得越来越重要。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关，随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。对于复杂的城市交通系统，为了确保安全，保证正常的交通秩序，十字路口的信号控制必须按照一定的规律变化，以便于车辆行人能顺利地通过十字路口。本交通灯设计主要由555定时器，计数器74LS192，数据选择器74151和门电路构成。并使用Proteus仿真技术模拟出了交通信号灯状态，以实现十字路口东西、南北方向的车按照设定的时间有指挥、有规律地通行。本系统结构简单，操作方便；可实现自动控制，具有一定的智能性，对优化城市交通具有一定的意义。关键字：交通灯，74系类芯片，555定时器，Proteus仿真淄博职业学院毕业论文设计41设计意义及要求1.1设计意义交通灯是现代城市不可或缺的工具，它在维持正常交通秩序中起着至关重要的作用，本次设计，小组成员模拟了交通信号灯控制器的实现，感受到现代科技从人工到自动化进而智能的飞跃，通过全程具体的仿真实现和搭建实物，培养了我们分析解决现实生活问题的能力，提升了我们逻辑思辨性思维，最主要的是综合运用所学的数字电子技术的基本知识，包括熟悉集成电路的引脚安排、各芯片的逻辑功能及使用方法，了解面包板结构及其接线方法，通过使用Proteus仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真调试等。1.2设计要求（1）假设一路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯，（2）然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。（3）过25s转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。（4）再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。（5）过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。（6）最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。淄博职业学院毕业论文设计52方案设计根据交通信号灯控制器的要求进行设计，可以构成以下的设计流程图，如下图1：图1设计流程图淄博职业学院毕业论文设计62.1设计思路将总体分为两大块：数码管的倒计时显示以及三种灯（红、绿、黄）的亮灭。对于数码管的倒计时显示部分，我采用了4块74LS192十进制加减计数器芯片，其中2快74LS192芯片用来构成东西路30S倒计时，另外2块74LS192用来构成南北路25S倒计时，这4块的输出部分分别都接上4511译码器将8421BCD码译成七段码使得与译码器相连的数码管显示对应的十进制数，由于东西路和南北路的倒计时显示需要轮流工作，我采用了JK触发器进行片选。其次，控制三种灯的亮灭，其中红灯的控制较为简单，可以直接取出片选信号对红灯加以控制，当东西路工作倒计时时那么南北路的红灯才亮，反过来，当南北路工作倒计时时那么东西路的红灯才亮，接下来关键是控制绿黄灯，东西路和南北路的思路是一致的，我都采用了8选1的数据选择器74151取出最后5S~0S的信号，和1Hz的脉冲相与进而使黄灯闪烁，在减计数到最后5S之前，都是绿灯保持亮。2.2方案设计●设计方案一选用4块74LS192十进制加减计数器，2块8选1数据选择器74151、1个JK触发器和一些逻辑门电路。其中2块74LS192构成东西路的30S减计数，一块代表个位数另一块代表十位数，再将1HZ的脉冲信号接到代表个位的74LS192的时钟信号端，十位的74LS192时钟信号端接个位的借位信号，这样就可以实现按秒递减，南北路的计时方式与之类。那么如何实现这两路的轮流工作？我采用了一个JK触发器，接成T’触发器进行片选，每当30S倒计时器或25S倒计时其倒数结束的时候都将通过与门向外输出一个脉冲控制信号，而这个信号刚好可以送到JK触发器的时钟控制端实现翻转，其输出端的翻转信号与1HZ的脉冲信号经过与门给到两路的代表个位的74LS192时钟控制端，便能实现两路轮流工作。三种灯的显示部分，红灯的显示和绿、黄灯分开控制，红灯的亮灭可以直接由JK触发淄博职业学院毕业论文设计7器所产生的片选信号决定，东西路的计时工作对应南北路的红灯亮，反过来南北路的计时工作对应东西路的红灯亮；绿、黄灯的控制利用74LS192的输出端，例如：对于东西路，前25S绿灯亮，采用8选一的数据选择器，选出计时器最后5S决定黄灯的闪烁、绿灯的熄灭。电路图如图2：D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U174192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U274192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U374192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U474192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U574HC4511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U674HC4511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U774HC4511A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U874HC4511123U9:A7408U9:B(B)456U9:B74089108U9:C7408J4Q15CLK1K16Q14S2R3U10:A7476D1LED-GREEND2LED-GREEND3LED-REDD4LED-REDD5LED-YELLOWD6LED-YELLOWX04X13X22X31X415X514X613X712A11B10C9E7Y5Y6U1174151121312U12:A74LS2712U13:A7404121311U9:D7408123U14:A7408U9:D(A)X04X13X22X31X415X514X613X712A11B10C9E7Y5Y6U15741513456U12:B74LS2734U13:B74049108U14:C7408121311U14:D7408U14:D(A)456U14:B7408123U16:A7408图2方案一电路图●设计方案二（小组方案）小组方案采用单片机来实现系统的设计。采用STC89C52单片机作为MCU控制系统的运行。单片机外围电路简单，基于本设计，我们只需要在STC89C52单片机最小系统外再搭建12个LED信号灯电路和数码管时间显示电路，通过程序的控制，即可实现交通信号灯的设计。相对来说，方案简单易行，制作实物较为轻松，且系统不易受外界干扰，稳定性强。如图3为STC89C52单片机最小系统原理图。淄博职业学院毕业论文设计8图3单片机最小系统原理图淄博职业学院毕业论文设计92.3方案比较方案的比较是通过权重分析的方法来实现的，首先要分化出本项目重视的要素，首先是设计要求的符合度，其次是成本，电路的复杂性，电路的普适性等。本组通过各项要素进行对比，最终采用方案二作为本组的最优化方案。具体的比较如下：（1）元器件成本上，由于方案一涉及到的模块数量多，电路相对复杂，所以元器件数量会多于方案二，电路成本也随之增加；（2）电路的功耗上，单片机的功耗低，大大节约了能源；（3）单片机自问世以来，性能不断提高和完善，具有集成度高、功能强、速度快、体积小等诸多优点；（4）方案一存在一定的局限性，对于本次设计要求是满足的，但是不具有普适性，相比之下单片机可移植性强、稳定性高，在其它设计中也可以使用。3部分电路设计3.1数码管显示单元一个七段译码管74HC4511和一个七段发光二极管（数码管）连接成一个74HC4511驱动电路，七段发光二极管即数码管可以从0-9显示。显示单元如图，七段译码器74HC4511原理图如图4。七段发光二极管是多种显示器中的一种，它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光二极管显示器有共阳接法和共阴接法两种。共阳接法就是把发光二极管的阳极都连在一起接到高电平上，输入低电平有效；