交通信号灯控制器设计论文Word格式文档下载.docx
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本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
导师签名：
日期：
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
电工电子基础强化训练任务书
学生姓名：
专业班级：
工作单位：
自动化学院
题目:
交通信号灯控制器设计
初始条件：
1．运用所学的模拟电路和数字电路等知识；
2．用到的元件：
实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。
要求完成的主要任务:
1．假设一路口为东西南北走向。
初始状态0为东西红灯，南北红灯。
2．然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。
3．过25s转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。
4．再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
5．过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
6．最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。
7．严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
时间安排：
第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；
第2天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；
第3天方案补充，提交电路图，经审查后领取元器件；
第4~5天小组方案设计仿真，组装电路并调试，检查错误并提出问题；
第6天结果分析整理，撰写设计报告，验收调试结果；
第7天补充完成电工电子基础强化训练报告和答辩。
2015年7月12日
系主任（或责任教师）签名：
引言……………………………………………………………………………3
1设计意义与要求………………………………………………………….…4
1.1设计意义……………………………………………………………......4
1.2设计要求………………………………………………………….…….4
2方案设计…………………………………………………………………….5
2.1设计方案思路…………….…………………………………………….5
2.1.1设计方案一（个人）设计思路…………………………………...5
2.2.2设计方案二（小组）设计思路………………………………......5
2.2设计方案电路图……….……………………………………………….6
2.2.1设计方案一（个人）电路图……………………………………...6
2.2.2设计方案二（小组）电路图………………………………………8
2.3两种方案比较……………………………………………………………9
3部分电路设计……………………………………………………………...…10
3.1时钟脉冲信号单元………………………………………………………10
3.2十一进制计数器单元（计数器）………………………………………11
3.3译码器……………………………………………………………………13
3.4显示电路…………………………………………………………………15
4调试与检测…………………………………………………………………...18
4.1调试中遇到的故障及解决方法…………………………………………18
4.2调试与运行结果…………………………………………………………18
5仿真操作步骤及使用说明…………………………………………………19
结束语…………………………………………………………………………20
参考文献………………………………………………………………………21
附录完整电路图……………………………………………………………..22
本科生强化训练成绩评定表
引言
随着社会经济的快速发展，人们的生活水平在不断的提高，旅游渐渐成为了一种大众化的娱乐行为和放松的方式，也有不少人喜欢在愉快的假日开车出去兜兜风，放松放松自己的心情，使自己的心灵得到陶冶和升华。
那么提到旅游和出行，就必须要提到交通的问题了。
社会在飞速发展，交通也越来越便利，各式各样的马路，立交桥纵横交错，但与此同时，城市交通问题也越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已经成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
如今，在繁忙的十字路口，红绿灯指导着各种车辆和行人的安全，使交通井然有序，无需交警。
交通信号灯是通过计算机来实现的，而我国的一些城市都已经开始运用自动化装置来进行计算机自动控制，使交警管理工作逐步的自动化与智能化。
为了对交通信号灯自动控制的基本原理有一个更深入的了解，学习利用数字电子技术设计并制作自动控制装置地方法，我们可以利用已学过的数字电子技术的知识，独立的设计一个简单交通信号灯的控制电路。
通过这个设计的步骤与过程，我们不但能增加自己对所学知识的了解，同时也能锻炼自己的动手能力和逻辑思维能力，进而更加了解自动控制装置的原理，为以后的学习与工作打下一个良好的基础。
1设计意义与要求
1.1设计意义
数字电子电路是武汉理工大学自动化学院必修的技术基础课。
本课程的任务是解决电子技术入门的问题，使学生掌握数字电子电路的基本工作原理分析方法和基本技能，为深入学习后续课程和从事有关电子技术方面的实际工作打下基础。
实践是学习电子线路知识和培养电子线路能力的最有效的途径，实验是对理论学习的强化。
因此我们这次在分析了现代城市交通控制与管理问题的现状后，结合实验阐述交通灯控制系统的工作原理，并设计出一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。
通过这次设计交通信号灯控制器，我们可以增加对书本知识的进一步掌握，做到把理论转化为实践，并且这次电工电子强化训练可以锻炼我们的动手能力，自主学习能力和对知识的探索能力。
1.2设计要求
1）假设一路口为东西南北走向。
2）然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。
3）过25s转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。
4）再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
5）过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
6）最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。
2方案设计
2.1设计方案思路
2.1.1设计方案一（个人）思路
根据设计要求我们可以看到，我们需要做出的是一个循环电路，这个循环的周期在东西方向是25s绿灯，5s闪烁的黄灯，25s红灯，合计为55s。
而在南北方向循环的周期则是30s红灯，20s绿灯，5s闪烁的黄灯，周期合计也为55s。
因此我们需要一个周期为55s的信号发生器。
信号发生器按信号源有很多种分类方法。
其中一种方法可分为混和信号源和逻辑信号源两种。
混和信号源又可分为函数信号发生器和任意波形函数发生器。
其中函数信号发生器输出标准波形如正弦波方波等任意波。
函数发生器输出用户自定义的任意波形，逻辑信号发生器又可分为脉冲信号发生器和码型发生器。
其中脉冲信号发生器驱动较小个数的的方波或脉冲波，输出码型发生器生成许多通道的数字码型。
在这个设计中我们需要产生符合一定条件的方波信号。
有以下几种选择：
一:
可以选用相应的逻辑门去构造一个信号发生器；
二:
采用石英晶体振荡器,最大优点是其产生的脉冲波形频率稳定性很高;
三:
是利用555定时器组成一个多谐振荡器。
在此我们可以采用555计时器设计一个脉冲为5s的时钟脉冲信号单元，再使用74LS161芯片设计一个十一进制计数器单元，这样就可以完成周期的循环。
再使用74LS138译码器来实现数据分配功能，输出11个信号，然后根据各个灯所要求的，由于74LS138是一个低电平输出的芯片，所以我们可以在输出的11个信号端中，根据设计要求中亮灯的顺序与逻辑关系，首先前五个输出端接一个五输入与非门表示东西方向绿灯L1的25s,第六个信号输出接一个非门表示东西方向的黄灯L2的5s,然后L1和L2接一个或门输出的刚好就是南北方向的红灯L6的30s,同时剩下的5个信号输出再接一个五输入与非门表示东西方向的红灯L3的25s，再用最后一个输出信号通非门后代表南北方向的黄灯L5的5s，最后L5和L6接一个或非门输出即为南北方向的绿灯L4的20s。
设计要求中还要求黄灯亮的时候须闪烁5次，那么这里我们可以设定它每一秒闪烁一次，5s自然是闪烁了5次。
这里我们再用一个555定时器，设计一个脉冲为1s的时钟脉冲信号，将脉冲与两个黄灯的输入接与门再输出为黄灯，即可实现黄灯的闪烁。
2.1.2设计方案二（小组）设计思路
要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成，整机电路的原理框图如图所示。
四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器。
十字路口车辆运行情况只有4种可能：
1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为25s。
2）25s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。
3）5s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为200s。
4）20s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。
5s后又回到第一种情况，如此循环反复。
因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：
S0、S1、S2、S3。
2.2设计方案电路图
2.2.1设计方案一（个人）电路图
图2.2个人设计电路图
2.2.2设计方案二（小组）电路图
图2.3小组设计电路图
2.3两种方案比较
这两种方案对比后我们可以发现，小组的方案更为全面，加了七段译码管，看起来时间上非常明了，并且实现了个人方案中有缺陷的那一部分，但是从另一个方面来说，小组的方案比较复杂，电路图看起来不如个人方案简单易懂，而且两种方案所用的原理也不尽相同。
、
总体来说，两种方案各有各的优点，也各有各的不足以及需要改进之处，但相比之下，还是小组方案更为好一点，个人方案还可以继续改进，我以后会继续努力的。
3部分电路设计
3.1时钟脉冲信号单元
图3.1555定时器
如图所示为555计时器，电路中用到了两个555计时器，分别发出两个分别为5s和1s的时钟脉冲。
根据定时器方波周期的计算公式
t=Ln2（R1+2R2）C=0.7（R1+2R2）C,分别设计出两个t为5s和1s的脉冲，填入电阻和电容即可设计成功，图片如下（因为两个555的电源端和接地端连在了一起，所以将两个放在一张图中给出）。
图3.2脉冲信号发生器电路
3.2十一进制计数器单元（计数器）
图3.374LS161计数器
设计一个十一进制的计数器的时候，这里我们用到的是如图所示的74LS161芯片，74161是一个4位二进制计数器（异步清零），74161型四位同步二进制可预置计数器的外引线排列图及其逻辑符号,其中MR是直接清零端,LOAD是预置数控制端，D0D1D2D3是预置数据输入端，ENP和ENT是计数控制端，Q3Q2Q1Q0是技术输出端，RCO是进位输出端。
下面我们给出74LS161的真值表：
表3.174LS161真值表
清0
预置
控制
时钟
预置数据输入
输出
MR
LOAD
ENP
ENT
CLK
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
X
1
↑
d3
d2
d1
d0
保持
计数
根据真值表可知：
1）异步清零，MR=0时，计数器输出端被直接清零，与其他输入端的状态无关；
2）同步并行预置数，在MR=1的情况下，当LOAD=0且有时钟脉冲的上升沿作用时，D3、D2、D1、D0的输入端的数据d3、d2、d1、d0分别被Q3、Q2、Q1、Q0所接受；
3）保持。
在MR=LOAD=1的条件下，当ENP、ENT=0,不管有无cp脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变。
需要说明的是，当ENP、ENT=1时，进位输出RCO也保持不变；
而当ENT=0时，不管ENP状态如何，进位输入RCO=0。
4）计数。
当MR=LOAD=ENP=ENT=1时，74LS161处于计数状态。
所以在这里，我们使用74161做一个十一进制的计数器，使用反馈清零法，即将D3D2D1D0都接低电位，LOAD=ENP=ENT=1,Q3,Q1,Q0接一个三输入与非门译码后反馈给MR一个清零信号，就构成了一个十一进制计数器。
图片如下：
图3.4十一进制计数器电路
如图所示的十一进制计数器，就是借助74161的异步清零功能实现的，如图，74161从0000状态开始计数，当第十一个CP脉冲上升沿到达时，输出Q3Q2Q1Q0=1011，通过一个与非门译码后，反馈给置零端一个清零信号，立即使Q3Q2Q1Q0返回到0000状态。
此时，产生清零信号的条件已经消失，MR端随之变为高电平，74161重新从0000状态开始新的计数周期。
这样就跳过了1011-1111这5个状态，构成十一进制计数器需要说明的是，电路是在进入1011后，才被置为0000状态的，即1011状态会短暂出现。
3.3译码器
图3.574LS138译码器
如图所示为74LS138译码器.74138是集成二进制译码器，它是一个3线-8线译码器，该芯片有3位二进制输入C、B、A,它们有8种状态的组合，即可译出8个输出信号，输出为低电平有效。
此外，还设置了E1、E2、E3三个使能输入端，为电路的扩展提供了方便。
下图为真值表：
表3.274LS138译码器真值表
输入
E1
E2
E3
C
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
图3.6译码器电路及显示电路
如图所示，我们设计的是一个十一进制的计数器，故应该输出十一个信号
同时根据真值表我们也能很清楚的得到各个输出的逻辑表达式，进而写出各个显示灯的逻辑表达式。
3.4显示电路
电路的显示部分如以下四张图可见，分别是四个状态，它的实现由译码器输出的信号再加上各种与、或、非、与或门芯片来完成，前面在原理部分已经详细叙述过，这里不再赘述。
4调试与检测
4.1调试中遇到的故障及解决方法
在调试的过程中，我遇到过几次问题:
第一次的时候电路不能运行，我在检查了几遍之后发现是我自己的疏忽导致一根线的正负极连反了，无法仿真；
第二次我在电路保证正确的情况下，对电路进行仿真，但是它又失败了，我当时不知道该怎么办，对照着显示的错误，进行查询之后，发现是由于我选用的五输入与非门在软件中不能仿真，于是我把五输入的与非门用一个二输入与非门、一个三输入与非门和一个二输入或非门代替之后，电路终于显示不再有错误；
第三次错误是在运行的时候出现的，当电路代表的东西方向绿灯和南北方向红灯亮了25s后，黄灯5s正常闪烁，接下来20s东西方向红灯和南北方向绿灯也正常，但是在进入下一个循环的时候出现了问题，代表南北方向红灯的LED在明明显示电平正常的情况下，竟然无法发光，这次我在询问了许多同学之后，在我使用的或门后再加了一个或门，这次，电平不稳定的问题也去掉了，仿真终于取得了成功。
4.2调试与运行结果
调试后的结果已在前面显示结果中有截图表示，运行结果正确，完成了任务书上的要求。
5仿真操作步骤及使
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