交通灯控制器.docx
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交通灯控制器
课程设计说明书
课程设计名称：
数字电路课程设计
课程设计题目：
交通灯控制器
学院名称：
电子信息工程学院
专业：
电子信息工程班级：
090411
学号：
09041128姓名：
全伟
评分：
教师：
2011年9月6日
脉冲数字电路课程设计任务书
2010－2011学年第二学期 第1周－2周
题目
交通控制器
内容及要求
基本要求：
1.增加自动夜间开关功能，黄灯亮（使用光敏三极管）
2.增加手动功能，方便盲人通过
提高要求:
1.要求显示剩余时间
2.增加拐弯时序。
主要元器件：
555，74LS164,74LS08，74LS04,74LS32,74LS74,LED灯组,4511
进度安排
1.方案设计，绘制电路图并仿真（2天）
2.电路布线和焊接（2天）
3.电路的调试（3天）
4.课程设计总结和报告（4天）
学生姓名：
全伟09041128林辉09041125
指导时间:
2011年8月29日到9月7日
指导地点：
E楼606室
任务下达
2011年8月29日
任务完成
2011年9月7日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作□ 4.其它□
指导教师
万在红方霆
系（部）主任
陈琼
注：
1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行车安全，一般在每条道路上各有一组红，黄，绿交通信号灯。
其中红灯亮表示该条路禁止通行。
黄灯亮表示还为过这条道路上的停车线的车辆禁止通行。
已过停车线的车辆继续通行。
路灯亮表示这条路可以通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口的二组红，黄，绿交通灯的状态转换，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。
本文介绍了一款基于74系列芯片的交通灯控制电路的设计，根据指导老师要求的功能的设计思路，详细的叙述了我们从电路仿真到独立完整的设计电子电路的过程，并阐述了设计原理和各个部分的设计方法和实验要求的解决方法。
利用74LS164和组合逻辑门来实现红黄绿交通灯的转换功能，用LED信号灯组来代替交通灯来实现设计和观察。
用秒脉冲信号来解决黄灯闪烁问题，利用74LS192和4511来实现计数功能，用数码管显示。
该交通灯具有红黄绿装换功能，黄灯闪烁的基本功能等，还有一定的拓展功能，夜间自动转换功能和计数功能。
关键词:
74系列芯片秒脉冲信号自动化LED信号灯组数码管显示
目录
前言4
第一章设计任务4
1.1设计要求4
1.2系统的工作原理及原理框图5
1.2.1工作原理5
1.2.2交通灯控制系统的原理框图6
1.2.3流程图6
第二章电路设计方案及选择7
2.1方案比较7
2.2单元电路的设计8
2.2.1脉冲产生电路8
2.2.2分频电路9
2.2.3红黄绿灯转换控制电路9
2.2.4驱动电路及数码显示11
第三章实验、调试及测试结果与分析12
第四章结论12
第五章参考文献13
附录一电路原理总图14
附录二PCB版图15
附录三制作图16
附录四元件清单17
前言
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那么靠什么来实现这井然秩序呢？
靠的是交通信号灯的自动指挥系统。
交通灯控制系统虽然常见平凡，但其现实意义、经济效益重大。
合理有效的交通灯控制系统能有效的减少“塞车”等交通问题，减少交警的工作压力，保证行客安全。
交通信号灯控制方式很多。
传统的交通灯控制电路一般由数字电路构成，电路复杂、体积大、成本高，而且不利于管理与调配。
采用自动控制交通灯不但可以解决上述问题，而且还具有实时调节功能、时间显示功能、语音提示功能等，非常方便。
放眼当今世界领域自动化控制技术是实际运用最广泛，发展势头最强劲的一种技术之一。
随着社会经济的发展，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。
交通控制系统是用于交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的综合管理系统，它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
随着机动车量的不断增加，许多道路出现了交通超负荷运行的情况，如何采用合适的控制方法来解决，已成为迫在眉睫的问题。
所以我们研究的课题还是会带来一定的效果。
第一章设计任务
1.1设计要求
〖基本要求〗
1）用数字电路实现下面功能
图1.1交通灯控制器控制流程图
2）增加夜间自动开关功能，黄灯亮（使用光敏三极管）；
3）增加手动功能，方便盲人通过；
〖提高要求〗
1）要求显示剩余时间；
2）增加拐弯时序。
〖主要参考元器件〗：
74LS74，74LS00，74LS168，74LS248，74LS164，74LS08
1.2系统的工作原理及原理框图
1.2.1工作原理
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是产生秒信号为定时器和控制器提供标准时钟信号源，译码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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
控制器部分它由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号。
其中黄灯信号必须满足闪耀，这可以把秒信号和作用信号用与门连接起来，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。
数字显示部分当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“30”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭而黄灯闪亮，持续6秒后。
东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，计数器又从数字“30”开始往下减，当减到“0”时，东西方向绿灯灭而黄灯闪亮，持续6秒后。
又回到刚开始状态。
1.2.2交通灯控制系统的原理框图
图1.2.2交通灯控制系统的原理框图
图1.2.2中可以看出此次设计主要由4个大部分组成：
1.脉冲产生电路。
用555芯片构成的单稳多谐振荡器，根据公式f=1.44/（2R2+R1）C设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的约1.5秒的脉冲。
（如要求所需，可再加一个555芯片构成的单稳多谐振荡器，产生时间为1秒的脉冲。
）参数取值R1=69K,R2=690K,C=1UF.
2.分频电路。
因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:
1:
6；所以通过两个1/274LS74芯片与秒脉冲连接产生4倍分频（既是6秒的脉冲）。
3.总控制电路。
选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
4.显示部分电路。
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。
译码显示用74LS48BCD码七段译码器。
显示器用共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS192
1.2.3流程图
如图1.1所示。
（1）南北向绿灯亮，东西向红灯亮。
表示南北向车道上的车辆允许通行，东西向车道禁止通行。
绿灯亮满规定的时间隔30S时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。
（2）南北向黄灯亮，东西向红灯亮。
表示南北向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，东西向车道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔6S时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。
（3）南北向红灯亮，东西向黄灯亮。
表示南北向车道禁止通行，东西向车道上的车辆允许通行绿灯亮满规定的时间间隔30S时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。
（4）南北向红灯亮，东西向黄灯亮。
表示南北向车道禁止通行，东西向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。
黄灯亮满规定的时间间隔6S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。
第二章电路设计方案及选择
2.1方案比较
方案一用74LS74芯片
选用D触发器组成的扭循环计数器,利用6个74LS74D触发器连接起来，构成一个扭循环计数器，来实现电路，连接图如下图2.1.1。
图2.1.1用74LS74构成的扭环计数器
方案二用74ls164芯片
选用74LS164八位移位寄存器组成扭环形计数器。
利用其电路功能，连接好电路，如下图2.1.2所示，也可实现电路。
方案比较：
由图明显可以看出，方案一触发器较多且连线较多，给连接线和检查调试带来了更多的麻烦，而方案二，简单，联系少，且实现功能清楚，所以在这次课设中我选用了74LS164来实现电路。
2.2单元电路的设计
2.2.1脉冲产生电路
用555芯片构成的单稳多谐振荡器，根据公式
f=1.44/（2R2+R1）C
算出实验所需的约1.5秒的脉冲信号得
R1=69K,R2=690K,C=1UF.
电路连接图如图2.2.1
图2.2.1脉冲产生电路图
如图2.2.1秒脉冲产生器由555集成定时器和RC组成的多谐振荡器。
555内部的比较器灵敏度较高，而且采用双差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响小其中2脚为触发输入，5脚为控制电压，6脚为阈值输入，7脚为放电端，8为电源，3为输出。
本电路可通过设置R3、R2、C1的值来设置脉宽。
此时时间约为1.5秒。
2.2.2分频电路
图2.2.2分频信号产生电路
因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:
1:
6,总时间假设为36秒所以选择6秒为单位时间,通过图2.2.2可以知道秒脉冲通过它之后产生了4倍分频即约6秒时间。
2.2.3红黄绿灯转换控制电路
图2.2.3红黄绿灯转换控制电路图
这个电路中包含了74LS164的连接方式和与不同逻辑门连接所构成的红黄绿灯的转换电路。
其原理如下所述。
计数器每工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。
计数可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。
用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
扭环形计数器的状态表如表1所示。
根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式：
t
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
000000
100000
100000
111000
111100
111110
111111
011111
001111
000111
000011
000001
100
100
100
100
100
00
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
001
100
100
100
100
100
00
表2.2.3扭环形计数器的状态表
东西方向绿：
黄：
红：
南北方向绿：
黄：
红：
用74LS164八位移位寄存器引脚DSA,DSB与引脚Q4,Q5相连接组成扭环形12进制计数器来与各种门电路相连后来控制发光二极管亮的顺序。
74LS164的管脚10（既是引脚Q4）,11（既是引脚Q5）和管脚9（既是引脚CR）与74LS11相连后在与东西方向的绿的发光二极管相连控制绿灯；74LS164的管脚10通过非门74LS04与管脚11都接到74LS08上在与74LS164的管脚9都接到74LS32异或门上在与东西方向上的黄的发光二极管上相连来控制黄灯；74LS164的管脚11通过74LS04非门与管脚9都连接到74LS08与门上与东西方向的红的发光二极管相连来控制红灯。
74LS164的管脚10,11都与74LS04非门相连接后与管脚9都连接到74LS11上在与南北方向的绿的发光二极管相连来控制绿灯；74LS164的管脚11通过74LS04非门与管脚10都连接到74LS08与门然后和管脚9通过非门都连接到74LS32异或门上之后与南北方向的黄的发光二极管相连来控制黄灯；74LS164的管脚11与管脚9连接到与门上后与南北方向的红的发光二极管相连后控制红灯。
2.2.4驱动电路及数码显示
驱动电路由4511BD芯片组成，数码显示用七段共阴数码管中间接510欧姆的电阻，用来限流，防止烧坏数码管。
利用74LS192的级联性质，在脉冲输入时开始置数，然后开始倒计时，由“30”减到“0”时，状态转换，置零，大约6秒过后，状态在次转换，计时器在次置数，由“30”减到“0”，这样循环这。
其中计数和驱动电路如下图：
图2.2.4计数器驱动电路
第三章实验、调试及测试结果与分析
总体来说，这个电路有点难度。
刚开始连接完第一部分后，就出了很严重的问题，6个灯一起亮，感觉应该是接到电源上了，就仔细查了连接等的线，果真该路灯被短路直接接到电源了。
改正后仍有四个灯同时亮，只是黄灯正常了而已。
再经认真检查发现有两根线没有与7408的管脚连接上，改正此错误后指示灯能正常工作了。
做完指示灯部分后，接着焊接倒计时显示部分。
这部分电路比较好焊接，但是实验调试结果不理想。
不能显示一个正常的倒计数，不随秒脉冲而变化，我们感觉应该是脉冲没有接好。
经多次检查均未果，于是我们又怀疑是74192有问题，但是换了一对芯片后还是一样。
调试两天后，无奈，只有拿出一路数码管单独测试，用万用表检查各线路确保没有错误后接入电源发现只有乱码出现，还是达不到预期效果。
连最简单的置数都出不来，无奈时间不够，只好放弃。
没有完成提高部分，真是一大遗憾！
第四章结论
通过这次课程设计，我感到我收获了很多东西。
首先在仿真软件上可以仿真出来的，在实践中不一定能够做出来。
还是要从实际出发，让我知道实践的重要性。
我对自己在数字电子方面的能力有了更客观的评价，特别是分析和设计逻辑组合电路。
整个设计过程中，我通过查找资料、分析电路、选择合适实用的元器件，尽量使电路完善。
由此培养了我的科学严谨的学习态度，使我认识到不管做任何事都不要有侥幸心理，一定要踏踏实实的做好。
此外，对各种电子类设计的计算机辅助工具有了更深一步的接触，熟练了一些EDA软件，如PROTEL及EWB的操作。
熟悉使用了74LS192和74LS164等芯片。
同时也使我看到了自己专业的发展前景，增强了自信心，增强了学习兴趣。
同时也让我领略到电子技术科学知识领域的广袤，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没想过的问题，并认真的解决了部分问题。
有些遗憾的是显示部分并未如愿，也是鉴于知识水平和实践经验不足。
通过这次课设，让我觉得自己是多么的无知，因此我会更加努力学校我们的专业知识，多上网查找自己不懂的原件，使用方法，充实自己，让自己在未来的挑战中掌握主动。
第五章参考文献
[1] 康华光.电子技术基础数字部分［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，1980
[2] 谢自美.电子线路设计实验测试［Ｍ］.武昌：
华中理工大学出版社，1994
[3]中国集成电路大全编委会.高速CMOS电路［J］.北京：
国防工业出版社，1995
[4]王伯雄.测试技术基础[Ｍ].北京：
高等教育出版社，2003
[5]焦宝文.电子技术基础课程设计指南[Ｍ].北京：
清华大学出版社，1988
[6] 张清战.电子技术基础实训［Ｍ］.北京：
科学出版社，1994
[7] 朱承高.电工及电子技术手册［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，1990
[8]阎有运.电工电子实践系列教程［Ｍ］.徐州：
中国矿业大学出版社，2000
附录一电路原理总图
图一电路原理总图
附录二PCB版图
图二PCB版图
附录三制作图
图三南北绿灯亮东西红灯亮图四南北黄灯亮东西红灯亮
图五南北红灯亮东西绿灯亮图六夜间黄灯闪烁
附录四元件清单
七段共阴数码管
两个
LED灯
六个
双刀双掷开关
三个
510Ω电阻
二十一个
1MΩ电位器
两个
10K电阻
三个
光敏三极管
一个
555芯片
一个
74LS00芯片
一个
74LS04芯片
一个
74LS74芯片
一个
74LS164芯片
一个
74LS08芯片
三个
74LS32芯片
一个
74LS192芯片
两个
4511BD芯片
两个
0.1uf电容
一个
10nf电容
一个
表一原件清单
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