简易交通信号灯控制器课程设计.doc
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电工课程设计——简易交通信号灯控制器
《电工与电子技术基础》课程设计报告
题目简易交通信号灯控制器
学院（部）汽车学院
专业车辆工程
班级2011220103
学生姓名王彬彬
学号201122010312
6月24日至6月28日共1周
电工课程设计——简易交通信号灯控制器
简易交通信号灯控制器
前言
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。
交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。
有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。
自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。
尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。
本设计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。
本次课程设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。
从这次的设计中提升学生的理论联系实际的能力，实践与教学相结合的课程设计能充分调动学生的积极性与创造性，激发学生的设计灵感，提高教学水平，有利于学生以后的长远发展。
目录
第一章：
系统概述·········································3
1.1系统概述···············································3
1.2交通灯逻辑分析及整体设计方案模块划分··············4
1.3方案论证及可行分析································6
第二章：
单元电路的设计分析························7
2.1秒脉冲信号发生器··································7
2.2控制电路··········································8
2.3定时器···········································11
2.4显示电路·········································11
第三章：
电路的安装与调试··························12
3.1系统综述·········································12
3.2芯片介绍·········································12
第四章：
结束语·····································16
4.1总结及心得体会···································16
元器件明细表········································18
鸣谢················································19
参考文献············································19
评语················································20
摘要：
交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。
交通灯控制器主要由控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路及信号灯组成。
控制器由74LS153与74LS74来实现，脉冲发生器用晶体震荡器产生，计数器采用两个74161来实现，显示电路经过74LS192的倒计数、七段显示译码器7447及七段数码显示器连接起来实现。
控制器通过RT对定时器进行控制，从而实现数字的显示及绿、黄、红灯的转换。
关键字：
交通灯、控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、状态转换、信号灯、主支干道。
设计要求：
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。
第一章：
系统概述
1.1、系统概述：
本设计要求设计一个主干道绿灯45秒、支干道绿灯25秒的交通灯控制系统，每次由绿灯变为红灯时应有5秒黄灯亮作为过渡，分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计时。
因此，本设计需要一个秒脉冲信号发生器、定时器、译码显示器和控制器。
脉冲产生电路用以驱动倒计时电路，置数电路将交通灯亮时间预置到计数电路和寄存器中，控制器对信号灯的各种状态进行循环控制，定时器以基准时间秒为单位做倒计时，数码显示模块显示倒计时的时间，控制器对电路种的各个模块进行级联控制。
系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器五大部分组成。
其中定时器能向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。
译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生三种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。
1.2交通灯逻辑分析及整体设计方案模块划分：
图1表示位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止通行。
图1
图1为交通灯的一个整体设计框图。
系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。
其中控制器是核心部分，由它控制定时器和译码器的工作，秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。
图中TL、TS、TY为定时器的输出信号，ST为控制器的输出信号。
MG、MY、MR分别表示主干道绿、 黄、红三色灯，NG、NY、NR分别表示支干道绿、黄、红三色灯。
当某车道绿灯亮时，允许车辆通行，同时定时器开始计时，当达到指定时间时，TL输出为１，否则TL输出为０；
当某车道黄灯亮后，定时器开始计时，当计时到５秒时，TY输出为１，否则TY＝０；
当某车道红灯亮时，定时器开始计时，当计时到指定时间时，TS输出为１，否则TS＝０。
因此，用定时器分别产生三个时间间隔后，向控制器发出“时间已到”的信号，控制器根据定时器的信号，决定是否进行状态转换。
如果肯定，则控制器发出状态转换信号ST，定时器开始清零，准备重新计时。
交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别用S0、S1、S2、S3表示。
S0状态：
主干道绿灯亮，支干道红灯亮，此时主干道允许车辆通行，主干道禁止车辆通行。
当主干道绿灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S1状态：
主干道黄灯亮，主干道红灯亮，此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，支干道禁止车辆通行。
当主干道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S2状态：
主干道红灯亮，支干道绿灯亮。
此时主干道禁止车辆通行，支干道允许车辆通行，当支干道绿灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S3状态：
支干道红灯亮，支干道黄灯亮。
此时主干道禁止车辆通行，支干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。
当支干道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态------S0状态。
控制器
状态
信号灯状态车道运行状态
S0（00）
S1（01）
S2（11）
S3（10）
主干道绿灯，次干道红灯主干道通行，次干道禁止通行
主干道黄灯，次干道红灯主干道过线车通行，未过线车禁止通行，次干道禁止通行
主干道红灯，次干道绿灯主干道禁止通行，次干道通行
主干道红灯，次干道黄灯主干道禁止通行，次干道过线车通行，未过线车禁止通行
表1控制器的状态表
S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、11、10，由此得到控制器的状态，如表1所示。
图2画出了控制器的状态转换图，其中TL、 TS、TY为控制器的输入信号，ST为控制器的输出信号。
1.3方案论证及可行性分析
1.3.1秒脉冲信号发生器：
方案（Ⅰ）：
用555定时器构成多谐振荡器。
方案（Ⅱ）：
用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。
由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数器的精度，进而影响控制系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比较高的精度，为提高精度可先做一个频率比较高的矩形波振荡器，然后将其输出信号分频，就可以得到频率较低而精度比较高的脉冲信号发生器。
555定时器构成多谐振荡器虽然构成方法简单，但是它的精确度却不够。
石英晶体也不需要外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振快、时基精度高，它的工作频率仅决定于石英晶体的振荡频率，而与电路中的R、C的数值无关。
综上考虑，秒脉冲信号发生器的设计选用方案（Ⅱ）。
1.3.2控制电路：
方案（Ⅰ）：
用译码器74LS138和D触发器实现，具体用四片74LS138芯片构成5线—32线译码器，将个逻辑函数化为最小项后用与非门即可得到输出。
不过用74LS138芯片构成5线—32线译码器的过程比较繁琐，以上三个逻辑函数化为最小项后各有16项，做起来比较难，这会给作图带了比较大的麻烦。
方案（Ⅱ）：
用四选一数据选择器和D触发器实现，设A1A0=Q1nQ0n，其他变量通过数据输入端输入。
由于方案一较为复杂，使用芯片较多，对系统延时较大，导致系统精度降低。
所以综合考虑我们选用简单的方案（Ⅱ）
1.3.3定时器：
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74LS161构成，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST作用下，计数器从零开始计数，并向控制器提供M5、M25、M45信号，即TY、TS、TL的时间信号。
1.3.4显示电路：
交通灯的数字显示采用倒计时，因而应采用减计数器。
采用74LS192进行减计数，然后将输出接到七段数码显示数码管DCD_HEX译码器上。
每个干道需要两位数字显示。
第二章：
单元电路的设计分析
2.1秒脉冲信号发生器
由555定时器构成多谐振荡器不需外加输入信号，只需接通电源，就能自动产生矩形脉冲信号，信号的频率由电路参数R、C的值决定。
放电时间T1=0.7（R1+R2）C放电时间T2=0.7R2C，故振荡频率F=1∕0.7（R1+R2）C，选择适当的R1、R2及C的值，
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