简易交通信号灯系统设计

１前言设计内容与要求：设计一个简易交通信号灯控制电路。任务如下：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、绿色发光二级管表示信号灯；4.设计计时显示电路资料收集：1.在接到设计任务后本小组便展开资料收集工作，首先参照以前的课本复习。2.了解电子元件的功能与用法，然后到图书馆参考了许多相关资料。设计电路系统简介：本系统分为三大功能模块：主电路，定时电路，控制电路。同过控制电路对主电路中的交通灯进行控制，又由定时电路对交通灯电路的各灯的亮灭进行时间控制，并由主电路中的译码显示电路将时间显示出来。任务分配：本次设计任务由小组成员合理分工共同完成。每个成员分头行动处理各自所分配到的任务，最后在综合处理成整个完整电路。参加这次课程设计的成员有：魏文杨凌宇程昌伟本次课程设计的编写过程中，各小组成员集中了大家的智慧与能力，参考、运用了与程设计相关的大量的资料和相关实用软件。对论文中直接或间接引用的理论、电路和方法的作者表示最诚挚的谢意。特别在本论文的主要理论等方面得到了邓秋霞老师的具体指导，在此表示最诚挚的谢意。此外，在论文中被引用者的姓名和论著的出处没有一一表明，在此表示歉意。限于时间与水平所限，论文中的疏漏和不妥之处在所难免，敬请读者不吝指教。2009年6月２目录一、摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3二、设计要求与任务‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3三、设计原理与参考电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4四、各单元电路图及功能说明1、秒脉冲产生电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥62、计时脉冲发生电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥73、控制器‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥84、灯光信号编码电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥95、计时显示电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥106、总电路接线图‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13五．结束语1、设计中存在的问题‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥152、收获和体会‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥153、鸣谢‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15六．附录1、网路资源参考‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥162、元件明细表‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥162、参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17３数字电路课程设计---------简易交通信号灯控制电路一、摘要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，将以教材《数字电子技术基础》提供的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。1.设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停车。2.用红、绿、黄发光二极管作信号灯。3.主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。4.主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。5.在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，设立5秒计时、显示电路。关键字：秒脉冲，计时器，控制器，译码器，倒计时器，二、设计任务与要求1．定周控制：主干道通行绿灯时间45秒，支干道通行绿灯时间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．设计记时显示电路；４三、设计原理与参考电路（1）．通过分析系统的逻辑功能，画出其机构框图如图1。交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器和计时显示电路等部分组成。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，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。图1秒脉冲发生电路主要由杨凌宇完成计时电路、控制器、时间显示电路主要有魏文完成译码器主要由程昌伟完成（2）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隔45s时，转到下一工作状态。2.主干道黄灯亮，主干道红灯亮。支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔5s时，，转到下一工作状态。3.主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔25s时，转到下一工作状态。秒脉冲发生器控制器计时电路译码器主干道灯支干道灯主干道计时显示器支干道计时显示器５4.主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔5s时，电路又转换到第种1工作状态。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所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。并作如下规定：控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）主干道绿，支干道红主干道通行，支干道禁止通行S1（01）主干道黄，支干道红主干道停车，支干道禁止通行S3（11）主干道红，支干道绿主干道禁止通行，支干道通行S2（10）主干道红，支干道黄主干道禁止通行，支干道停车设：A:表示主干道绿灯亮的时间间隔为45秒，定时时间到A=1，否则，A=0。B:表示支干道绿灯亮的时间间隔为25秒，定时时间到B=1，否则，B=0。C:表示黄灯亮的时间间隔为5秒，定时时间到C=1，否则，C=0。其状态表1为：状态主干道支干道时间s0绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行45秒s1黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行5秒s2红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行25秒s3红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车5秒状态图如下A=0C=0A=1C=1C=1B=1C=0图2B=0S0（00）S1(01)S3（10）S2（11）６四、各单元电路图及功能说明1、秒脉冲产生电路秒脉冲发生器是由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，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器周期计算当接通电源Ucc后，电容C上的初始电压为0V，比较器C1、C2输出为1和0，使u0=1，放电管T截止，电源通过R1、R2向C充电。Uc上升至2Ucc/3时，RS触发器被复位，使u0=0,T导通，电容C通过R2到地放电，uc开始下降，当uc降到Ucc/3时，输出uo又翻回1状态，放电管T截止，电容C又开始充电。如此周而复始，就可在3脚输出矩阵波信号。由图7，31（b）可见，uc将在Ucc/3与2Ucc/3之间变化，因而可求出电容C上的充电时间T1和放电时间T2T1=（R1+R2）CLn2≈0.7（R1+R2）CT2=R2CLn2≈0.7R2C所以输出矩形波的周期为T=T1+T2=（R1+2R2）CLn2≈0.7（R1+2R2）C555定时器组成的秒脉冲CP的周期为1秒，即T=1.所以可以设置参数：R1=28.86TΩR2=57.72TΩC=10fFCf=10fF电路原理图如图3图3７2.计时脉冲发生电路此电路通过芯片74LS161实现其功能。74LS161介绍如下:74161是同步四位二进制加法计数器，它有异步清零、同步预置数等功能。图5.24（a）和图5.24（b）分别是它的引脚图和逻辑符号图，其功能如图5.7所示。CP脉冲上升沿控制电路计数工作，RD端为异步清零端，LD是预置数控制端，A、B、C、D是预置数输入端，EP和ET是计数使能（控制）端，RCO是进位输出端。下面根据功能表进一步说明各控制端的作用。表274161功能表CPRDLDEPETDCBAQDQCQBQAX0XXXXXXX0000↑10XXDCBADCBAX110XXXXX保持保持加计数X11X0XXXX↑1111XXXX要保证显示电路能够自动转换状态，则计数器应为5进制。每隔5、25、45秒都需有信号输出，如此可以当作控制器的输入。实现此功能可用第一级的进位输出端为5秒信号输出，第二级进位输出端为25秒信号输出，45秒可以为25秒+20秒实现信号输出。5进制由同步置数功能实现，3级计数器均为同步置数进行5进制计数，计数循环状态如下。11111110101111001101QAQBQCQD８具体电路图如图3所示：此电路图是产生CP45、CP25、CP5的电路。3.控制器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。真值表如表3所示。选用两个D触发器U1、U2做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为A、B、C。真值表表3输入输出现态转换条件次态Q1nQ0nABCQ1n+1Q0n+1000××00001××0101×0×0101×1×1111××01111××11010×0×1010×1×00９由真值表可以得到状态转换方程：根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图4所示图44.灯光信号编码电路此电路采用74LS138进行译码工作。将控制器输出Q1、Q0转变成6信号灯的状态转换。假设：G1表示主干道绿灯R1表示主干道红灯Y1表示主干道黄灯G2表示支干道绿灯R2表示支干道红灯Y2表示支干道黄灯１０状态转换表如表4所示：Q1Q0G1R1Y1G2R2Y200100010010010101101010010010001由上表可知电路图如图5图55、计时显示电路此电路主要由74LS190、八管脚数字显示器等元件组成。74LS190单时钟十进制可逆计数器。其74LS190管脚图、功能图、功能表分别如图6图7表5所示１１图6图7表5设计过程要设计计时显示电路，则首先把两片74LS190级联成2位十进制计数器。级联图如下１２由于交通灯分主、支干道，则需要以上二位十进制计数器两个。而要使状态转换时计数器预置不同初始值，则需要对不同74190芯片的输入端预置数。由控制器输出Q1、Q0可得状态转换表如表6控制器输出状态1片74190预置数2片74190预置数3片74190预置数4片74190预置数S04550S105××S23025S3××05表6由上述状态表可得真值表如表7表7由于74190的输出为4位十进制编码输出，要用显示出来只要通过译码器4511将十进制翻译出来即可U1D3=0D2=（Q1+Q0）非D1=Q1Q0D0=Q1Q0U2D3=0D2=Q1D1=0D0=Q1非U3D3=0D2=（Q1+Q0）非D1=Q1Q0D0=（Q1+Q0）非U4D3=0D2=1D1=0D0=Q1控制器第1片74190预置数第2片74190预置数第3片74190预置数第4片74190预置数Q1Q0D3D2D1D0D3D2D1D0D3D2D1D0D3D2D1D000010001010101100000100000101××××××××11001100000010010110××××××××00000101１３由此得计时显示电路图86.总电路接线图将上述各部分主要电路将接口名称相同的连接在一起，即可完成中电路图。总电路图如下图：１４１５五．结束语（1）设计中存在的问题1.各部分电路之间是否会相互影响。2.秒脉冲发生器产生的脉冲能否准确的产生秒脉冲。3.计时脉冲电路能否正确的产生3种秒脉冲。4.倒计时计数器能否自动切换预置数。（2）收获和体会我觉得这次的课程设计对我各方面的影响都很大。首先我认识到了平时课堂的中央性了。虽说大学主要靠自学，但课