简易交通信号灯控制器

电子技术课程设计——简易交通信号控制器长安大学电子技术课程设计课题名称简易交通信号灯控制器班级32040902姓名杭胜奎指导教师邓秋霞日期2011/6/31电子技术课程设计——简易交通信号控制器前言社会在飞速发展，交通也越来越便利，各式各样的马路，立交桥纵横交错，其中必不可少的就是交通信号灯。在繁忙的十字路口，红绿灯指示着各种车辆和行人的安全，使交通井然有序，无需交警，交通信号灯的自动控制是通过计算机来实现的。现在，我国的一些城市已经运用计算机自动控制了，市交警管理工作逐步自动化智能化。为了更了解信号灯自动控制的基本原理，学习利用数字电子技术设计并制作自动控制装置的方法。可编程逻辑器件的大量应用，传统74系列标准逻辑器件在应用系统的设计中应用越来越小，但是数字电子技术作为理论基础原理并没有改变。因此，基本单元电路，基本功能模块及基本的分析方法仍然是本次设计的基本内容，本次设计主要是简易交通灯控制。这将有利于学生更好的掌握数字电路的设计方法，将数字电路和模拟电路融会贯通，提高解决实际问题的能力，同时也为更好的熟悉计算机和运用各程序打下良好基础。电子技术课程设计——简易交通信号控制器目录摘要……………………………………………………………………………………………1一、方案论证与选择…………………………………………………………………………1二、系统概述…………………………………………………………………………………21、原理框图………………………………………………………………………………22、简要分析………………………………………………………………………………2三、单元电路设计及功能说明………………………………………………………………31、秒脉冲产生模块………………………………………………………………………32、分频模块………………………………………………………………………………43、控制模块………………………………………………………………………………54、计数和显示模块………………………………………………………………………7四、系统仿真…………………………………………………………………………………9五、系统综述…………………………………………………………………………………11简易交通指示灯总电路图……………………………………………………………………12编后语…………………………………………………………………………………………12元器件明细表…………………………………………………………………………………13参考文献………………………………………………………………………………………14电子技术课程设计——简易交通信号控制器简易交通信号灯控制器摘要在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，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。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。关键字：交通信号灯控制器课程设计数字电路技术计数器寄存器任务设计与要求1.定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；2.每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；3.分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯；4.设计计时显示电路。一、方案论证与选择提出方案方案一：采用555多谐振荡器来产生T=1s的CP脉冲，然后分主干道和支干道两路，每一路的原理都相同；控制电路：由一个双向移位寄存器74LS194的输出来实现状态控制电路。通过它的移位来实现红、黄、绿灯的转换以及计数电路的工作状态；计数电路：采用十进制可逆计数器74LS190的级联来实现灯的倒计时计数；显示电路：采用七段数码显示译码器7447芯片和数码管来实现数字显示。方案二：采用555多谐振荡器来产生T=1s的CP脉冲，用异步二-五-十进制计数器实现5分频的功能，从而减少控制状态；电子技术课程设计——简易交通信号控制器控制电路：采用移位寄存器74LS164芯片的输出与计数电路的逻辑关系来实现红、黄、绿灯的状态转换；计数电路：采用十进制可逆计数器74LS190级联来实现灯的倒计时计数；显示电路：采用七段数码显示数码管DCDHEX来实现数字显示。方案选择本次设计我们采用方案二。对于方案一中的74LS194，要想实现红、黄、绿灯的转换；需要通过控制74LS194的S1、S0的状态来实现置数、保持、右移，而这三种状态的转换不易实现，相较而言，方案二比较合理。二、系统概述1、通过分析系统的逻辑功能，画出其原理框图如图1交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要有秒脉冲发生器，分频器，控制器，计数器及倒计时显示电路组成。秒脉冲发生器是该系统中控制器的标准时钟信号源。控制器是系统的主要部分。有它来控制计数电路工作。图12、分析(1)、主干道绿灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔45s时，转到下一个工作状态。（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔5s时，转到下一个工作状态。秒脉冲发生模块分频模块控制模块计数模块计数模块主干道灯支干道灯主干道计时显示支干道计时显示电子技术课程设计——简易交通信号控制器（3）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。主干道禁止通行，支干道的黄灯亮足规定时间间隔的5s时转到下一个状态。（4）、主干道红灯亮，支干道绿灯亮。主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔25s时，电路有转到第一种工作状态。交通灯的以上四种状态是由控制器的移位寄存器74LS164芯片和一些门电路来进行控制的，具体介绍见后续控制器功能说明。三、单元电路设计及功能说明1、秒脉冲产生模块秒脉冲发生电路时由555定时器构成的多谐振荡器。因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器且对信号的精度要求不高，故选用555定时器构成。如图2所示555定时器周期计算：T1＝（R1＋R2）Cln2=0.7(R1＋R2）CT2=R2Cln2=0.7R2CT=T1+T2=(R1+2R2)Cln2=0.7(R1+2R2)C555定时器组成的秒脉冲Cp的周期为1s，即T=1，所以可设置参数R1=28.86kR2=57.72kC=10uFCf=10uF图2电子技术课程设计——简易交通信号控制器2、分频模块通过芯片74LS290实现其功能。74LS290介绍下：74LS290是异步二-五-十进制计数器。其逻辑电路图、引脚图和逻辑符号如图所示(a)、(b)、(c)所示。它有一个二进制计数器和五进制计数器组成。若以Cp0为计数输入端、Q0为输出端，则得到一个二进制计数器；若以Cp1为输入端，Q3Q2Q1为输出端，则得到异步五进制计数器；将Cp1与Q0相连并以Cp0为时钟脉冲输入端，则得到以一个十进制计数器。有两个清零端R0(1）、R0(2），两个置9控制端S9(1)、S9(2)。当S9(1)=S9(2)=1时，R0(1）=R0(2），=0时，计数器输出将被置9，其功能表如表1。复位输入置数输入时钟输出R0(1）R0(2）S9(1)S9(2)Cp0Cp1Q3Q2Q1Q01111X00X1XX01111XXXXXXXX0000000010001001R0(1）R0(2）=0S9(1）S9(2）=0CpXXCpCpQ0Q3Cp二进制计数器五进制计数器十进制计数器（8421码）十进制计数器（5421码）表174LS290的逻辑电路如图3所示：图3本电路只用五进制计数，将秒脉冲产生的Cp给Cp1,输出端的变化如表2，根据Q3的变化。所以将Q3的输出作为控制器的Cp脉冲。电子技术课程设计——简易交通信号控制器Q3Q2Q1Q0R0(1）R0(2）=0S9(1）S9(2）=0Cp00000001001000110100分频模块如图4：表2：图43、控制模块控制电路：采用移位寄存器74LS164芯片和一些门电路来实现红、黄、绿灯的状态转换；74LS164功能介绍：8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。其逻辑图及引脚图如图5，图6.电子技术课程设计——简易交通信号控制器图5图6A1，A2分别表示主干道和支干道的红灯,B1，B2分别表示主干道和支干道的绿灯C1，C2分别表示主干道和支干道的黄灯.则得真值表如表3：Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7A1B1C1A2B2C245s00000000100000001110000011110000111110001111110011111110111111110100100100100100100100101001001001001001001001005s0111111100110025s00111111000111110000111100000111000000111001001001001000100100100100105s00000001100001表3由此真值表的如下关系：A1=Q1Q7B1=Q7+Q0C1=Q0Q1A2=Q7+Q1B2=Q1Q6C2=Q6Q7控制器的电路如图7所示：电子技术课程设计——简易交通信号控制器图74、计数和显示模块采用十进制可逆计数器74LS190来实现灯的倒计时计数；主干道和支干道的计数原理相同。74LS190介绍如下：74LS190是十进制可加可减计数器。预置是异步的。当置入控制端（LD）为低电平时，不管时钟Cp的状态如何，输出端Q0~Q3即可预置成与输入端D0~D3相一致的状态。而它的计数是同步的，靠Cp加在四个触发器上实现，当计数控制端CT为低电平，在Cp上升沿作用Q0~Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U/D）为低电平进行加计数。当计数方式控制（U/D）为高电平进行减计数。只有在Cp为高电平时CT和U/D才可以跳变。190有超前进位功能。当计数溢出时，进位/借位输出端CO/BO输出一个低电平脉冲，其宽度为Cp脉冲周期的高电平脉冲。行波时钟输出端Rc输出一个宽度等于Cp脉冲周期的低电平脉冲。利用Rc可级联成N位同步计数器，当采用并行Cp控制时，则将Rc接到后一级的CT；当采用并行CT控制时，则将Rc接到后一级的CP.电子技术课程设计——简易交通信号控制器图8图974190与指示灯控制端真值表如下：主干道支干道绿黄红高位片HGFE低位片DCBA绿黄红高位片HGFE低位片DCBA100010001010010101000001000000101100001001010010011000001000000101表4通过对应逻辑关系实现74190置数功能。采用两片74LS190级联来实现45s及其他倒计时电路，电路原理图如图所示图10显示电路采用七段带译码数码显示DCD_HEX来实现数字显示。七段数码显示DCDHEX具有4位输入端，是共阴极七段显示。只需按从左到右按高位到低位连接即可。如图10所示电子技术课程设计——简易交通信号控制器图10四、系统仿真通过Multisim软件仿真，得如下结果1主干道绿灯，支干道红灯状态图11电子技术课程设计——简易交通信号控制器2主干道黄灯，支干道红灯状态图123主干道红灯，支干道绿灯状态图13电子技术课程设计——简易交通信号控制器4主干道红灯，支干道黄灯状态图14五、系统综述所设计系统通过将555多谐振荡器产生的秒脉冲用74290