基于数字电路的交通灯控制系统毕业设计

目录1引言12设计目的和要求23设计方案的比较和选定34系统方框图45电路工作原理56电路设计66.1555定时器构成的秒脉冲信号发生器66.1.1555定时器的引脚66.1.2555定时器工作原理76.1.3秒脉冲信号发生器86.2定时器电路86.2.1定时器的作用86.2.2定时器的构成96.3控制器电路116.4译码器127系统总电路图158总结16参考文献17致谢18附录20摘要随着社会不断的发展，人民的生活水平不断的提高，汽车已经成为人们生活必不可少的一部分,伴随而来的是日趋复杂的交通问题。日趋复杂的交通指挥系统仅靠人力来完成是远远不够的，这就需要设计一个简单有效的交通灯控制系统来完成这些复杂的工作，从而使城市交通系统有序，安全地运行。交通灯控制系统的出现是社会发展下的必然产物，在城市道路系统中占有举足轻重的地位，它直接影响到城市的通车质量。所以，一个简单有效的交通灯控制系统对一个城市的发展具有巨大的意义。本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进，全部由数字电路组成，比以前的方案更为精确。关键词：汽车；交通问题；交通灯控制系统；发展；数电AbstractWiththedevelopmentofthesociety,people'slivingstandardcontinuestoimprove,theautomobilehasbeenanintegralpartofpeople'slife,togetherwiththeincreasinglycomplextrafficproblem.Itisfarfromenoughtomanagetheincreasinglycomplexcommandsystemjustdependonhuman,itrequiresasimplebuteffectivetrafficlightscommandsystemtocompletethesecomplexwork,whichmakestheurbantransportsystemworkinorderandsafety.So,asimplebuteffectivetrafficlightscommandsystemmeansalottothegrowthofacity.Therefore,manydesignerhaveworkedoutalotofprograms,mostaretrafficlights.Thiscircuitdeveloponthepredecessors’programs,allmadeupofdigitalcircuit,whichismoreaccuratethanforever.Keywords:automobile;trafficproblem;trafficlightscommandsystem;develop;digitalcircuit1引言中国最早的马路红绿灯，是于1908年出现在上海的英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。当前，大量的交通信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调方向发展。随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素，城市交通问题越来越引起人们的关注。因此,有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。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。随着中国加入，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，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。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。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。以下就交通灯控制系统的电路原理、设计等问题来进行具体分析讨论。2设计目的和要求利用所学数字电路等知识，设计简单交通灯控制电路。在由主干道和一支干道汇合形成的十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每一个入口处设置红、黄、绿三色信号灯。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靠在禁止线外，以此实现红绿灯对城市交通的自动指挥。要求如下：(1)用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计由一个主干道和一个支干道形成的十字路口的交通灯控制系统。(2)当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。3设计方案的比较和选定设计方案一：本设计为交通灯系统。首先考虑设计秒脉冲发生器，常见的是使用555定时器和一些分立元件组合设计，使其产生1Hz的方波信号，作为后面电路的时钟触发信号；其次是计时器的设计，使用两片74LS163级联组成25进制的计数器；系统的主控制电路是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态，使用74LS153D数据选择器和7474N触发器组成主控电路；最后是译码输出，选择使用灯显示。设计方案二：首先是秒脉冲的设计，由完全的分立元件组成，要使用变压器，放大器，运算器等器件；计时器的设计，使用74LS163级联组成25进制的计数器，由前级的秒脉冲信号作为触发信号；主控制电路的设计，使用分立元件和集成电路的组合实现。方案的比较：通过以上方案的比较，方案一更适合。4系统方框图控制系统主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码器和显示器等部分组成，如图1所示。定时器支干道信号灯主干道信号灯译码器控制器秒脉冲发生器图1系统原理方框图5电路工作原理十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。如图2所示，十字路口中，主干道和支干道都设置了红、黄、绿三色交通信号灯，红灯停，绿灯行。十字路口的车辆运行情况有4种可能：(1)设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主干道绿灯和支干道红灯亮，持续时间为25s；(2)25s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主干道黄灯和支干道红灯亮，持续时间为5s；(3)5s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主干道红灯和支干道绿灯亮，持续时间为25s；(4)25s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主干道红灯和支干道黄灯亮，持续时间为5s。5s后又回到第一种情况，如此循环反复。在这两个黄灯的5秒内，越过停车线的车辆可以继续前进。图2十字路口示意图设计使用555定时器作为秒脉冲发生电路，调节的大小可以使电路输出1Hz的脉冲信号，并以此脉冲信号输出作为后级电路的触发信号。因要求车道通行时间为25秒，黄灯亮5秒，所以使用两片74LS163级联作为电路的计时器电路，74LS163是二进制同步计数器，两片级联可以构成25进制的计数器。当计数至5秒和25秒时选择输出信号，作为主控制电路的计数时间，主控制电路使用数据选择器和触发器根据不同的信号控制要求进行连接，控制输出信号经过译码器再接灯，显示不同的交通信号。6电路设计6.1555定时器构成的秒脉冲信号发生器6.1.1555定时器的引脚555定时器内部含有一个基本触发器，两个电压比较器、,一个输出缓冲器，一个放电三极管和由三个5K的电阻组成的分配器，。比较器的参考电压为，加在同相输入端；的参考电压为，加在反相输入端，两者均由分配器上取得。555定时器的内部电路图和引脚排列图如下所示。图3555的内部电路图图4555定时器引脚排列图555定时器8个引线端的用途如下：1端：接地线；2端：低电平触发端，也称为触发输入端。当2端的输入高电压高于时，C2输出为1；当输入电压低于时，C2的输出为0，使基本触发器置1；3端：输出端；4端：复位端，当=0时，基本触发器直接置0，使=0，=1；5端：电压控制端，如果端另加控制电压，则可以改变，的参考电压。工作中不使用端时，一般都通过一个0.01uF的电容接地，以防旁路干扰；6端：放电端。当基本触发器的=1时，放电晶体管导通，外接电容元件通过放电；7端：高电平触发端，当输入电压低于时，的输出为1；当输入电压高于时，的输出为0，使基本触发器置0，即=0，=1，这时定时器输出=0；8端：电源端，可在4.3-1.6v范围内使用，若为电路，则=3-18v。6.1.2555定时器工作原理接通电后，定时器经过电阻和对电容充电，当上升略高于时，比较器的输出为“0”，将触发器置“0”，为“0”。这时，＝1，放电管导通，电容通过和放电，下降。当下降略低于时，比较器的输出为“0”，将触发器置“1”，又由“0”变为“1”。由于＝0，放电管截止，又经过和对电容充电。如此重复上述过程，为连续的矩形波。第一个暂稳状态的脉冲宽度，即从充电上升到所需的时间(1)第二个暂稳状态的脉冲宽度，即从放电下降到所需的时间：(2)振荡周期(3)振荡频率(4)6.1.3秒脉冲信号发生器图5555定时器电路根据上述555定时器产生脉冲信号的频率计算公式：(5)(6)得(7)6.2定时器电路6.2.1定时器的作用定时器的功能是精确定时，主要作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行25s、5s等方式的计数；二是向控制器发出状态转换信号，控制器根据状态转换信号进行状态转换。6.2.2定时器的构成定时器由与秒脉冲发生器发出的秒脉冲同步的计数器构成.要求计数器在状态信号作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供信号。这里计数器选用74LS163。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。由于绿灯时间为25秒，所以绿灯定时器应由两块74LS163级联组成，定时器由秒脉冲计数器构成，计数器在状态信号作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号和模25的定时信号。74LS163的外引线排列图、逻辑功能表和时序波形图如下所示。图6中，是低电平有效的同步清零输入端，是低电平有效的同步并行置数控制端，、是计数控制端，是进位输出端，是并行数据输入端，是数据输出端。电路的工作原理如下：当电路刚开始工作时左边的高位片=0,=0,=1，右边的低位片=1,=1,=1，来自编码器的控制信号=0,即=1，在输入时钟脉冲上升沿的作用下，并行输入的数据被置入计数器，即==0000,同时右边的低位片开始计数，当它计数到0100时，=1,=0，计数器被置0，即=0，然后低位片又从0开始计数，当低位片计数到=1111时，向左边的高位片进1，当计数器计数到=00011000时，控制信号=1，=0，计数器又被置0，接着计数器又重复以上过程。74LS163外引线排列图74LS163逻辑功能表输入0101111110110图774LS163时序波形图所以定时器电路如下：定时器电路6.3控制器电路控制器的功能是按预定的时间控制着每个交通灯的亮和灭。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。根据系统工作原理可以