交通灯控制.docx
《交通灯控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯控制.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
交通灯控制
交通灯控制
1.交通灯控制器
1.1设计目的:
（1）能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。
1.2基本要求：
（1）设计一个具有三种信号灯（红、黄、绿）的十字路口交通灯控制器，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留出时间停在禁行线外；
（2）主、支干道交替允许通行，主干道每次放行60秒，黄灯亮5秒；支干道放行45秒，黄灯亮5秒。
1.3发挥部分：
（1）按sl键后，能实现特殊状态功能：
（2）显示到计时的两组数码管闪烁；（3）计数器停止计数并保持在原来的状态：
（4）东西、南北、路口均显示红灯状态：
（5）特殊状态解除后能继续计数。
1.4设计过程的基本要求
（1）完成基本要求；发挥部分选作。
（2）符合设计要求的报告一份。
（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
1
2.设计思路
此次我课程设计的题目是交通灯控制电路，根据此次课程设计的要求，我设计的交通控制电路基本由四个部分组成。
第一个部分是控制电路，第二部分是定时电路，第三部分是译码显示电路，第四部分是秒信号发生电路。
2.1控制电路
第一个部分是控制电路，采用了四个74LV74型号的D触发器及74LS112D的JK触发器，分别控制主干道绿灯倒计时、支干道绿灯倒计时、主干道黄灯倒计时、支干道黄灯倒计时及他们的熄灭状况，形成一个环形控制电路，来循环控制每一部分电路工作。
再由控制主干道绿灯的CP和控制主干道黄灯的CP来控制支干道红灯倒计时电路工作，由控制支干绿灯的CP脉冲和控制支干黄灯的CP脉冲来控制主干道红灯倒计时电路工作。
当开关关断时，在D端加入信号，触发第一个D触发器，Q端输出高电平控制主干道绿灯和支干道红灯进行倒计时。
当主干道的绿灯倒计时结束之后产生一个低电平信号，与支干道黄灯输出的高电平进行同或运算输出一个低电平信号来使第一个D触发器的清零端有效，继而在Q非端输出一个高电平触发第二个D触发器工作，控制主干道黄灯倒计时及支干道红灯倒计时工作，。
当第二个D触发器控制的倒计时结束之后在输出端产生一个低电平信号来使第二个D触发器的清零端有效，Q非端输出高电平触发第三个D触发器工作，此时支干道绿灯进行倒计时。
当支干道绿灯倒计时结束，计数器输出的信号加入到第三个D触发器清零端使之有效，于是Q非端输出高电平信号触发第四个D触发器工作，此时支干道黄灯开始计时。
当支干道黄灯的计数器结束时，由主干道绿灯的计数器和支干道黄灯的计数器通过同或门输出的高电平信号加入到第一个D触发器的清零端，使之无效，再一次循环。
2.2定时电路
第二部分是定时电路，在定时电路中包括秒发生器、60进制减法计数器、55进制减
2
法计数器、45进制减法计数器、40进制减法计数器、5进制减法计数器、计数器CP端控制电路。
其中，60进制减法计数器用来给支干道红灯计时，55进制减法计数器用来给主干道绿灯计时，45进制减法计数器用来给主干道红灯计时，40进制减法计数器用来给支干道绿灯计时，5进制减法计数器用来给主、支干道黄灯计时。
主干道和支干道的红绿灯倒计时电路和黄灯倒计时电路采用可预置4位可逆计数器74190来实现。
7419O既是加法器又是减法器，根据功能表，我们采用的是十进制可逆减法计数器，清零端的优先级高于预置端，且均为高电平有效，均需要上升沿的CP脉冲配合同时加到计数器来触发计数器进行倒计时，结束之后BO端由原来的高电平变为低电平。
计数器CP端控制电路由555振荡器和分频器74161组成标准的秒信号发生器。
555定时器是一种将模拟电路和数字电路混合在一起的集成电路，本次设计中选用的555是一种应用特别广泛、作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。
555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。
由555多谐振荡器提供的秒脉冲信号，经过三片级联的74290分频器发出1Hz的秒脉冲信号，加入到电路图中各计数器和D触发器的CP端
2.3译码显示电路
第三部分是译码显示电路，由于要求在主干道和支干道绿灯、红灯、黄灯亮期间进行倒计时显示，就应有译码显示电路，可将定时电路60进制、55进制、45进制、40进制、5进制计数器的输出分别接支干道红灯、主干道绿灯、主干道红灯、支干道绿灯、主支干道黄灯译码显示电路。
在主电路部分中包括主干道交通灯电路、支干道交通灯电路、译码显示电路。
译码显示电路采用七段显示译码器74HC4511，以便人们更直观地把握时间。
具体为：
当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”时，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。
译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动七段数码管，只要在它的输入端输入，七段数码管就能显示十进制数字。
选用的译码器为74HC4511，输出高电平有效，接共阴极七段显示器。
倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。
显示
3
译码器的主要功能为把计数器中的输出的编码一对一的编译成显示器所用的编码，
值1，2，3，4，5，6，7，8八个数。
此显示器为共阴极显示器当接低电平时显示器根据计数的状态来显示数值。
译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动七段数码管，只要在它的输入端输入，七段数码管就能显示十进制数字。
选用的译码器为74HC4511，输出高电平有效，接共阴极七段显示器。
2.4秒信号发生电路
第四部分是秒信号发生电路，计数器的工作必须由秒脉冲来配合工作，分频电路的功能是对方波信号发生器的方波信号进行分频处理，形成计时所需要的标准秒脉冲信号，秒脉冲发生器是该控制器的信号源。
本次设计中利用555定时器组成秒脉冲信号发生器。
555芯片有单稳态电路功能，可发生周期T=0.7*（R1+2*R2）*C的脉冲信号。
该设计中电路输出的脉冲信号为方波信号，可适当的选择电阻、电容使其输出信号的频率为1KHz，利用三个74161进行三次是分频，最后得到周期为1秒的方波信号，这样构成了秒脉冲发生器。
用555振荡电路产生2的12次方Hz的方波信号，本电路中采用片中规模集成电路74160可以构成分频电路产生所信号，第一片是C端输出频率为2的8次方Hz的方波，第二片是C端输出频率为2的4次方Hz的方波，第三片是C端输出频率为1Hz的方波，把产生的1Hz的方波信号送给各计数器的CP脉冲端供计数工作。
4
3设计方框图
图3.1主要功能方框图
Figure3.1themainfunctionblockdiagram
根据以上分析可以画出交通灯控制器的原理图。
它主要由主控制器、秒脉冲发生器、计数器、七段译码器、译码显示电路和行人提醒设备部分构成。
脉冲发生器是由一个555
5
振荡器和三个分频器来实现的，四个D触发器构成电路的控制部分，也是该设计的核心部分，通过计数器的定时作用，译码器的译码作用和显示器的显示作用实现了循环，即主干道绿灯——支干道红灯，主干道黄灯——支干道红灯，主干道红灯——支干道绿灯，主干道红灯——支干道黄灯。
报警电路是由555多谐振荡器与扬声器组成。
6
4各部分电路设计及参数计算
4.1电路组成和功能简介
十字路口交通信号灯控制电路由四部分组成：
1.控制部分2.计数、译码、显示部分3.分频器部分4.发挥部分电路
4.1.1控制电路部分
控制电路部分由六个D触发器构成及两个JK触发器构成，第一个JK触发器控制支干道红灯，与之并列的JK触发器控制主干道绿灯。
电路图上面前两个D触发器分别控制支干道绿灯及支干道黄灯，下面前两个D触发器用于控制主干道黄灯及主干道主干道红灯。
在没有工作之前，主干道红灯的计数器和支干道绿灯的计数器通过同或门输出高电平信号加入到第一个D触发器的清零端，使之无效。
当工作时，在D端加入信号，触发第一个JK触发器，Q端输出高电平通过非门来转换成为低电平，再加到JK触发器输入时钟信号端控制主干道绿灯和支干道红灯进行倒计时，此时主干道绿灯和干道红灯同时亮。
同时将JK触发器的信号作为反馈引入到输入端，保证了LD置数端只在初始时置一次数而非每次有脉冲信号时都置数。
当主干道的绿灯倒计时结束之后产生一个低电平信号，与支干道黄灯输出的高电平进行同或运算输出一个低电平信号来使第一个D触发器的清零端有效，继而在Q非端输出一个高电平触发D触发器工作，控制主干道黄灯倒计时及支干道红灯倒计时工作，此时第一个D触发器D端输出低电平控制主干道绿灯熄灭。
当第二个触发器控制的倒计时结束之后在输出端产生一个低电平信号来使第二个触发器的清零端有效，Q非端输出高电平触发第三个D触发器工作，此时支干道绿灯进行倒计时。
当支干道绿灯倒计时结束，计数器输出的信号加入到第三个D触发器清零端使之有效，于是Q非端输出高电平信号触发第四个D触发器工作，此时支干道黄灯开始计时。
当支干道黄灯的计数器结束时，由主干道绿灯的计数器和支干道黄灯的计数器通过同或门输出的高电平信号加入到第一个JK触发器使之再次重新循环。
7
2
CLR
1
DQ
6
3
CLKQ
5
图4.1.1（a）D触发器的逻辑符号图4.1.1（b）JK触发器级非门Figure4.1.1（a）DtriggerlogicsymbolsFigure4.1.1（b）JKtriggerlevelgate
4.1.2计数、译码、显示部分
由D触发器输出的高电平信号经非门转换成低电平送入计数器的计数报告端，使得计数器开始进行倒计时工作，同时，计数器与译码器级联使得显示器显示数字，倒计时结束之后，输出的低电平经过或门控制触发器的连环触发。
译码器将计数器输出的信号进行译码输送给显示器，图中的显示器和译码器均为共阴极。
图4.1.2计数译码显示电路Fig4.1.2countingdecodingdisplaycircuit
8
一般数字系统中处理和运算结果都是用二进制编码、BCD码或其他编码表示的，要将最终结果通过LED显示器用十进制数显示出来，就需要先用译码器将运算结果转换成段码，当然，要使发光二极管发亮，还需要提供一定的驱动电流，所以，这两种显示器也需要有相应的驱动电路。
译码器的工作原理就是所谓译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动LED七段数码管，只要在它的输入端输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。
选用的译码器为7448输出高电平有效，接共阴极七段显示器。
时间显示部分由六只共阴极的半导体数码管组成。
由此可见，它由八只发光二极管组成（其中一只显示小数点）。
工作时，要求发光二极管的共阴极接电源。
当某一发光二极管阳极加上高电平时，相应的发光二极管导通，这一段（或点）就会发光。
若要显示十进制的十个数码0~9，只要在相应的字段阳极上加高电平即可。
为限制各发光二极管的电流，可在它们的公共阳极上串联一只240Ω左右的限流电阻。
4.1.3秒脉冲信号
秒脉冲发生器是该控制器的信号源，本次设计中利用555定时器组成秒脉冲信号发生器。
555芯片有单稳态电路功能，可发生周期T=0.7*（R1+2*R2）*C的脉冲信号。
该设计中电路输出的脉冲信号为方波信号，可适当的选择电阻、电容使其输出信号的频率为1KHz，利用三个74161进行三次是分频，最后得到周期为1秒的方波信号，这样构成了秒脉冲发生器。
电路组成：
555定时器是一种将模拟电路和数字电路混合在一起的集成电路，本次设计中选用的555是一种应用特别广泛、作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。
555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。
由555多谐振荡器提供的秒脉冲信号，经过三片级联的74161分频器发出1Hz的秒脉冲信号，加入到电路图中各计数器的CP端
若选集成计数器74161，74161是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制加法计数器。
表4.1.3是它的状态表。
表4.1.374161的状态表
9
Table4.1.374161statetable
图4.1.3（a）秒脉冲波形
Figure4.1.3（a）secondpulsewaveform
图4.1.3（b）秒脉冲信号的逻辑电路图Figure4.1.3（b）secondcircuitofpulsesignal
5工作过程分析
10
本次课程设计的题目是交通灯控制电路，此电路由控制部分，译码显示部分、时钟脉冲部分和发挥报警部分组成。
时钟部分采用555多谐振荡器和三个十六进制的计数器74161级联作为分频器以产生1Hz的秒脉冲信号。
计数、译码、显示部分包括主干道绿灯倒计时45秒译码显示电路、支干道绿灯倒计时25秒译码显示电路、主干道红灯倒计时50秒译码显示电路、支干道红灯倒计时30秒译码显示电路，共用了10片七段译码器7448、10片74190可逆十六进制减法计数器。
在控制电路部分，我采用了6个D触发器配合秒脉冲发生器来分别控制主干道绿灯倒计时35秒的工作、支干道绿灯倒计时20秒的工作、主干道黄灯灯倒计时5秒的工作、支干道黄灯倒计时5秒的工作。
控制电路部分由六个D触发器构成，均用来控制下一个交通灯状态的输入。
在没有工作之前，主干道红灯的计数器和支干道绿灯的计数器通过同或门输出高电平信号加入到第一个D触发器的清零端，使之无效。
当工作时，在D端加入信号，触发第一个JK触发器，Q端输出高电平通过非门来转换成为低电平，再加到JK触发器输入时钟信号端控制主干道绿灯和支干道红灯进行倒计时，此时主干道绿灯和干道红灯同时亮。
同时将JK触发器的信号作为反馈引入到输入端，保证了LD置数端只在初始时置一次数而非每次有脉冲信号时都置数。
当主干道的绿灯倒计时结束之后产生一个低电平信号，与支干道黄灯输出的高电平进行同或运算输出一个低电平信号来使第一个D触发器的清零端有效，继而在Q非端输出一个高电平触发D触发器工作，控制主干道黄灯倒计时及支干道红灯倒计时工作，此时第一个D触发器D端输出低电平控制主干道绿灯熄灭。
当第二个触发器控制的倒计时结束之后在输出端产生一个低电平信号来使第二个触发器的清零端有效，Q非端输出高电平触发第三个D触发器工作，此时支干道绿灯进行倒计时。
当支干道绿灯倒计时结束，计数器输出的信号加入到第三个D触发器清零端使之有效，于是Q非端输出高电平信号触发第四个D触发器工作，此时支干道黄灯开始计时。
当支干道黄灯的计数器结束时，由主干道绿灯的计数器和支干道黄灯的计数器通过同或门输出的高电平信号加入到第一个JK触发器使之再次重新循环。
6元器件清单
11
12
7主要元器件介绍
7.1D触发器
7.1.1功能表
表7.1.1D触发器的功能表Table7.1.1Dtriggerfunctiontable
CP0011
D0101
Qn+10101
7.1.2逻辑符号
图7.1.2D触发器的逻辑符号
Fig7.1.2LogicalsymbolsDflip-flop
7.1.3工作说明
当清零端无效时，D端加入高电平信号，则Q端输出的信号随D端变化输出高电平，另一端输出低电平；当清零端有效时，则Q非端随D端信号变化输出高电平，Q端输出低电平。
13
7.2减法计数器
7.2.1功能表
表7.3.1的减计数器74190的功能表Table7.3.1minus74190functionalcountertable
输入
MR1000
011
1
1
d
c
b
a
PLCPUCPD
P3
P2
P1
P0
输出Q30d
Q20c
Q10b
Q00a
加计数减计数
7.2.2逻辑符号
图7.2.2减计数器74190的逻辑符号Fig7.2.2Subtractcountersymboliclogic74190
7.2.3工作说明
7419O既是加法器又是减法器，根据功能表，我们采用的是十进制可逆减法计数器，清零端的优先级高于预置端，且均为高电平有效，均需要上升沿的CP脉冲配合同时加到计数器来触发计数器进行倒计时，结束之后rclko端由原来的高电平变为低电平。
14
7.3译码器
7.3.1功能表
表7.3.1译码器74HC4511的功能表Table7.3.1decoder74HC4511functiontable
7.3.2逻辑符号
U3874HC4511
图7.3.2译码器74HC4511的辑符号Figure7.3.2decoder74HC4511logicsymbols
15
7.3.3工作说明
（1）A3,A2,A1,A0是四位二进制数码输入信号；a,b,c,d,e,f,g是七段译码输出信号；LT、RBI、RI/RBO是使能端，它们起辅助控制作用，从而增强了这个译码/驱动器的功能。
（2）三个辅助控制信号（使能端）的说明：
试灯输入LT：
当LT=0,BI/RBO=1时，不管其他输入是什么状态，a至g七段全为1，则它接的显示器各段笔划全亮显示。
因此可作检验数码管和电路用。
灭灯输入BI：
当BI=0,不论其他输入状态如何，a至g均为0，显示管熄灭。
因此，灭灯输入BI可用作是否显示控制。
动态灭灯输入：
在LT=1,RBI=0时，如果A3A2A1A0为0000时，a至g均为0，各段熄灭；而A3A2A1A0为非0000信号时，则照常可显示。
动态灭灯输出RBO：
它与输入BI联结在一起。
当BI=0或RBI=0且LT=1，A3A2A1A0为0000时，这个输出端才为0。
7.6分频器74LS90（74290）
图7.1.1引脚图Fig7.1.1pinoutdiagram
7.1.2功能表
16
7.1.3功能介绍
是常用的二－五－十进制异步计数器，做八进制的就先把74LS90接成十进制的（INB与QA接，以CPA做输入，Q3做输出就是十进制的），然后用异步置数跳过一个状态达到八进制计数。
以从0000计到0111为例：
先接成加法计数状态，从上图中的74LS90功能表可知，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），这个时候当计数到1000时则立刻置0，重新从0开始计。
1000的状态为瞬时状态。
17
小结
为期一周的电子课程设计很快就结束了。
在这短短的一周的时间里我受益匪浅，在本次课程设计中在知识方面我学习到了很多有用的专业知识，同时我的动手能力得到了很大的提高。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
同时这次设计也让我扩展了许多数电方面的知识，为以后的工作奠定了一定的基础，
在这一周的数电设计实习中，我充分的感觉到了设计的不易，对设计人员有了敬佩之意,是他们才使得我们能够有现在这么现代化的生活的，有方便的设施，改善了我们的生活，提高了我们的生活品质。
本次课程设计的课题是数字交通灯控制器，我深知自己的知识面很有限，我所掌握的东西对本次课程设计是远远不够的。
虽然有些知识老师上课讲过，但并非是听懂了就能用的。
通过几天的搜集资料，再结合我们本次设计的要求，初步拟定了设计方案，画出粗略的电路图。
在此电路图的基础上，根据每个单元电路的功能选择系列芯片，再根据总体电路对芯片的要求及芯片本身的具体功能，选择具体型号的芯片，从而达到实现所要求的功能的目的。
我们开始是什么都不会，只局限于书本的知识，没有深入的理解，只有死记硬背，完全没有怎样应用的概念，可以用盲目来概括当时的状况，接下来，组员们有的上网，有的查资料，有的查书，还有的从学哥学姐那里吸取经验，总之我们是各有发挥，各使奇招，都想尽快的把需要的器件找到以便有充足的时间来进行绘图。
布局、绘图、连线、查引脚图，带着错误和不足，每天经过老师的指导和纠错，我们一遍遍的改正，终于离最后的成品又近了一步，图绘制完毕，我们又进行报告的编写，经历一周的没黑日没白天的设计，我们终于在规定的日子内完成了。
设计一个系统是要求有较强的逻辑思维能力，那么我就需要一个系统的统筹和规划。
我是本科班，所以学校和老师对我们的要求都很高，要求我们不仅需要手稿要求我们电子板的报告还有原理图。
其次，是自己做事变得更加严谨，因为电子中是用高低频来表示的，所以一不小心就会出错。
尤其是对于生疏的用电脑画图，这就要求我们更加的细心与耐心。
在课程设计的过程中也锻炼了我解决问题与困难的能力，在运用的元件与画图的技巧上也
18
提高了。
最后，是通过设计我利用知识的能力有了明显的提高，这也是我设计中最大的收获。
经历了这周，我们对所学的知识又有了深入的了解。
组员之间密切的配合也让我们之间加深了友谊，图书馆的资源更加会利用了。
我们也知道了今后的路还很长，需要我们学习的东西还很多，只有不断的去学习才不会“书到用时方恨少”。
我的获得远远不止这些，在这里就不一一列举了，最刻骨铭心的就是挥之不去的困意。
19
致谢
通过一周的数电设计，我不仅学到了很多新的数电知识，扩大了自己的知识面，而且学到了如何将理论知识与实际应用相结合。
这将是我以后学习工作的最宝贵的一笔财富，终身受益。
在设计的过程中，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，我想这个设计是不会完成的这么顺利的完成。
在我设计的每个阶段从查阅资料到设计方案的确定和修改，老师和同学们都给了我很多的帮助
在本次课程设计中，首先我要感谢我们的指导老师于源老师，于老师在此次课程设计中给予我热情而耐心的指导。
于老师不仅在我的原理图、接线图初稿设计时纠正了我许多错误，还指导了我应该去查找哪些方面的资料去完善这次设计，弥补出现的设计漏洞。
使我的设计有一个明确的主导思想，能够顺利而有条不紊地进行。
在她的帮助下，我学到了许多以前没有学到的东西。
因此，本次课程设计的顺利完成，与老师的大力支持和帮助是分不开的。
其次我要感谢我的小组成员，跟我一起设计的同学们，在我的论文写作过程中他们提出了很多建设性的意见，并给了我很多启发，使我的论文能够顺利的完成。
在我设计出现障碍不能继续进行的时候，通过和他们一起讨论研究，最终攻克了许多难题，并且因为交流思想心得，也学到了许多新知识，在这里，谢谢你们真心的帮助。
最后感谢学校给我们提供这种独立自主研究性学习的机会，充分开发了我们的创新能力。
课程设计中这些老师与同学们给了我莫大的信心。
20
参考文献
[1]RandyHKatz（美）.现代逻辑设计（第二版）.电子工业出版社.[2]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2019.07[3]方大千，朱丽宁.电子控制装置制作入门.北京：
国防工业出版社，
升级会员 