20交通灯控制电路设计

淮海工学院课程设计报告书课程名称：数电技术课程设计题目：交通灯控制电路设计系（院）：电子工程学院学期：2011-2012-2专业班级：电子101姓名：张超学号：031091130评语：成绩：签名：日期：课程设计报告书专用纸第2页共10页1引言众所周知，中国是世界上人口最多的国家，同时中国也是世界上交通事故发生率最高的国家。中国每年交通事故死亡人数超10万人，居世界第一。目前中国的道路安全形势非常严峻，有统计数据表明每5分钟就有一人丧生车轮，每1分钟就会有一人因交通事故而伤残，每年中国因交通事故所造成的经济损失上达数百亿元。随着社会经济的发展，每年都有大量的农村人口迁往城市，逐年增多的城市人口无疑给城市的交通带来了很大的负担。尤其在一些经济较发达的城市，例如上海，北京几乎每天都会发生很多次堵车，这就白白浪费了很多人宝贵的时间。因此设计一个行之有效的交通灯控制电路，并让人们自觉遵守，不但能有效的降低交通事故的发生率，而且可以帮助很多人节省大量的时间，从而间接提高人们每天的工作效率。我国交通路灯标志分为4种：禁止标志用红色；警告标志用黄色；指示标志用蓝色。本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路进行设计,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。2设计任务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25s。2、要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道。3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。4、每路口均有时间显示（两位LED）。3设计要求1、画出总体设计框图，以说明交通灯由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输途径、方向和频率变化。并以文字对原理做辅助说明。2、设计各个功能模块的电路图、真值表（或状态转换图）并加上原理说明。3、有条件时选择合适的元器件，在面包上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证是设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出信号方式要便于电路的测试和故障排除。4、设计整个电路的电路图，加上原理说明。有条件时对整个电路的元器件和布线进行合理布局，并进行整个交通灯电路的接线测试课程设计报告书专用纸第3页共10页4设计原理与参考电路4.1交通信号灯控制电路的系统框图如图1所示为交通灯控制系统的系统框图。电路主要由秒脉冲发生器、减法计数器和控制器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中减法计数器标准时钟信号源，控制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。图1交通信号灯控制电路的系统框图4.2交通灯控制器的ASM一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：(1)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间隔后，控制器发出状态转换信号，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。黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。(3)甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。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时，控制器发出状态转换信号，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，乙车道上未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时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第(1)种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状，分别用S0，S1，S3，S2表示，则控制器的工作状态及其功能如表1所示.表1控制器工作状态及功能控制状态信号灯状态车道运行状态S0甲绿，乙红甲通行，乙禁止S1甲黄，乙红甲缓行，乙禁止课程设计报告书专用纸第4页共10页S2甲红，乙绿甲禁止，乙通行S3甲红，乙黄甲禁止，乙缓行控制器应送出甲、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：AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=l：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮；5功能模块设计5.1秒脉冲发生器脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐振荡器。555定时器的芯片结构如下图2图2555定时器引脚图可以用555定时器构成多谐振荡器，从而产生所需的脉冲信号，由555定时器组成的多谐振荡器如图3所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。图3555接成的多谐振荡器课程设计报告书专用纸第5页共10页可选择R1=54.9K，R2=47K，C=0.2uF，则振荡频率f=f=1.43/(R1+2R2)C=100H，其震荡波形如下图4图4多谐震荡器的波形5.2定时器定时器由同步十进制加/减计数器74LS190构成，用两片74LS190级联形成30进制减法计数器。5.2.174LS190引脚图图574LS190引脚图CLOCK:时钟控制端（上升沿有效）CT：计数控制端（低电平有效）D0——D3：并行数据输入端LOAD：为异步并行控制输入端Qa——Qd：为数据输出端课程设计报告书专用纸第6页共10页U/D:为加减计数控制端5.2.274LS190的功能表表274LS190的功能表输入输出LOADCTENU/DCLKABCDQAQBQCQD100↑××××加法计数0××↑abcdabcd101↑××××减法计数74LS190的主要功能如表2所示，下面作简要说明。（1）预置数：当置数端（LOAD）为低电平时，当时钟上升沿到来时，数据输入端信号A、B、C、D将对内部触发器直接置位或复位，结果使QA=A、QB=B、QC=C、QD=D，而与其他控制端的电平无关。（2）计数：在允许端CTEN为低电平，置数端无效（LOAD=1）的条件下，若加／减输入端U/D为低电平，则可进行加计数，若加／减输入端U/D为高电平，可进行减计数。（3）禁止计数：当允许端CTEN为高电平时，计数被禁止。值得注意的是，允许端的电平应在CP为高电平时发生变化。（4）级联：为了便于进行级联，采用了两个输出：脉动时钟输出（RCO）和最大/最小（MAX/MIN）计数输出。当计数器发生溢出或下溢时，脉动时钟输出将产生一个低电平输出脉冲，其宽度为时钟输入的低电平部分，而最大/最小计数输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度为时钟脉冲的整个周期。5.2.3计数器电路及原理课程设计报告书专用纸第7页共10页图6计时器电路图原理：上图中电路构成了30进制减法计数器，U4为十位显示端，U6为个位显示端。由于两芯片要实现的是减法计数，所以U/D均接高电平。在上图中U1的A、B引脚接高电平，C、D引脚悬空（相当于接低电平），而U2的引脚A、B、C、D均接低电平，所以当接通脉冲后U1的输出为0011，U2的输出为0000，故七段字符显示器U4显示3，U5显示0。当U2接入时钟脉冲后，U2做减法计数，当计数至0000时，输出一个借位脉冲，使U1的输出减1。只有当U1，U2两个芯片的输出同时为0000时，U8A和U9A的输出才同时为高点平，U5A的输出才为低电平。这时两芯片的LOAD引脚低电平有效，使两芯片分别置数，U1被置成0011，U2被置成0000，从而构成了一个循环。5.3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。下图为控制器的电路图课程设计报告书专用纸第8页共10页图7控制器电路图控制器由由一个四脚与门、一个与门、一个或非门和一个或门组成。在计数器计数从30——0的一个循环内，控制器的状态发生过两次跳变。第一次是当计数器U1的输出为0000，U2的输出为0101（即计数器计数至倒数第五秒的时候），控制器的输出端由低电平跳变成高电平，交通灯的状态发生转换。第二次是当计数器U1的输出为0000，U2的输出也为0000时，控制器的输出端由低电平跳变成高电平。6总电路图设计图8总体电路图课程设计报告书专用纸第9页共10页7设计总结通过这次的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。这次的课程设计我是和几个同学在一起做的，首先我们积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道的原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。本次课程设计也巩固和加深了我对数字电路基本知识的理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐。这次的课程设计让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！8元器件列表51-序号名称元件编号参数备注1十进制加/减法计数器74LS19122七段数码显示器DCD_HEX_BLUE23显示，灯PROBE64555触发器555_TIMER_RATED15JK触发器74LS7326直流电源VCC5v37交流电源V25v，50Hz18电阻R154.9k1课程设计报告书专用纸第10页共10页9电阻R247k110电容C150nF111电容C210nF112或门7448N113或非门4001BD_5V114或非门4002BD_5v215与门7408N116与门74LS08N617与非门74LS00N19参考资料[1]电子技术课程设计指导，彭介华主编，北京：高等教育出版社，1997[2]实验电子技术，李振声主编，北京：国防工业出版社，2001[3]电子电路实验及应用课题设计，卢结成、高世忻等编，合肥：中国科学技术大学出版社，2002[4]《中国集成电路大全》编写委员会编写，北京：国防工业出版社，1985[5]电子技术基础课程设计，梁宗善编，武汉：华中理工大学出版社，1995[6]国防科技大学高吉祥主编《电子技术基础实验与课程设计》第二版[7]清华大学童诗白、华成英主编《模拟电子技术基础》第三版[8]清华大学梁恩主、梁恩维编《Protel99SE电路设计与仿真应用》[9]西安电子科技大学曾兴文主编《高频电子线路》