交通灯控制逻辑电路设计汇总.docx
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交通灯控制逻辑电路设计汇总
唐山学院
数字电子技术课程设计
题目交通灯控制逻辑电路设计
系（部）信息工程系
班级10电信
姓名
学号
指导教师王
2012年07月2日至07月9日共1周
2012年07月02日
《数字电子技术》课程设计任务书
一、设计题目、内容及要求
设计题目：
交通灯控制逻辑电路设计
设计内容：
1、交通灯时序工作流程图如下：
2、要求东西方向的红、黄、绿灯和南北方向的红、黄、绿灯按照上面的工作时序进行工作，黄灯亮时应为闪烁状态；
（1）南北和东西车辆交替进行，各通行时间24秒
（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先闪烁4秒，才可以变换运行方向
3、十字路口要有数字显示作为时间提示，以倒计时按照时序要求进行显示；
4、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀状态
（选作：
通行时间和黄灯闪亮时间可以在0-99秒内任意设定）
设计要求：
1、根据任务要求设计中的各个电路模块；
2、给出multisim仿真结果；
3、设计说明书要包含设计总结；
二、设计原始资料
multisim仿真软件
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
1、课程设计说明书
2、multisim仿真图
四、进程安排
2012-7-2——2012-7-4根据设计要求设计电路，并用multisim进行仿真
2012-7-5——2012-7-5撰写课程设计说明书，答辩
五、主要参考资料
[1].王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》.高等教育出版社，2009.12
[2].阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社，2009.2
[3].吴俊芹.《电子技术实训与课程设计》.机械工业出版社，2009.4
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
课程设计成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤情况及设计过程表现（20分）
课设答辩（20分）
说明书（20分）
设计成果（40分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
情况
综
合
评
定
指导教师签名：
年月日
目录
1引言1
1.1设计背景1
1.2设计目的1
2设计原理3
3总体设计4
3.1单元电路设计4
3.1.1秒脉冲产生电路4
3.1.2倒计时计数器4
3.1.3倒计时计数器与信号灯转换器的连接5
3.1.4信号灯的转换方法6
3.1.5白天夜间模式切换的设计6
3.1.6手动控制部分7
3.2时序仿真结果7
4心得总结10
参考文献11
附录1器件明细表12
附录2仿真电路图13
1引言
1.1设计背景
随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。
城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。
目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发，这给人民的生命财产安全带来了极大的损失。
如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。
探究城市交通发展中存在问题的原因，无论是从宏观上还是从微观上分析，其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。
城市交通控制系统（UTC，UrbanTrafficControlSystem）是现代城市智能交通系统（IDJ，Intelligenttransportsystem）的组成之一，主要用于城市道路交通的控制与管理。
城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段。
路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备，它是交通信号控制的重要组成部分。
各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。
为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。
伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断增加。
Multisim10是一款知名的EDA仿真软件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。
在Windows环境下，Multisim10软件有一个完整的集成化设计环境，它将原理图的创建、电路的测试分析、结的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。
在搭建实际电路之前，采用Multisim10仿真软件进行虚拟测试，可使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，使实验内容更完备，提高了实验效率，节省大量的实验资源。
Multisim10软件进行设计仿真分析的基本步骤为：
设计创建仿真电路原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动Multisim10仿真。
因此本次课设能深入了解交通信号灯的应用原理，更好的掌握所学知识，将理论联系实际，而且在实际操作中培养自己的实际动手能力，将理论应用与实际生活中。
1.2设计目的
交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。
在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理。
本次课程设计就是基于此目的设计一个交通灯控制逻辑电路。
设计交通信号控制灯要求某方向绿灯点亮24秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。
在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。
从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：
如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。
信号灯采用信号灯采用相应颜色的红、绿、黄灯泡进行模拟。
1白天工作模式
交通灯可以按上述要求正常工作，并且实现自动手动对秒脉冲的控制从而实现对交通灯电路的控制。
2夜间工作方式
南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。
其它灯不亮。
要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。
时间显示部分工作方式用倒计时计数的方式对各种灯的工作时间进行显示。
2设计原理
设计交通信号控制灯要求白天的工作方式如图2-1：
夜晚的工作方式是：
南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其他灯不亮，因此总的设计框图如图2-2：
Dong东西东西
图2-2整体电路设计框图
根据交通灯的性能要求以及整体电路图，设计本次课程设计的交通灯电路。
3总体设计
3.1单元电路设计
3.1.1秒脉冲产生电路
由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。
秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成的多谐振荡器。
为了电路简单和调节振荡周期方便，选择用555定时器组成多谐振荡器。
振荡周期与频率的计算公式为：
T=（R1+2R2）Cln2=0.7（R1+2R2）C，电源电压为Vcc=12V，其中电路图中C1的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，课程设计中要求输出T=1S，选取电容为C=10nF，R1=28.86MΩ，根据振荡周期计算，选择电阻R2=57.72MΩ。
在Multisim中仿真电路如图3-1：
图3-1秒脉冲产生电路图
由此电路就可以产生脉冲频率为1Hz的脉冲。
3.1.2倒计时计数器
十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们直观的把握时间。
具体的工作方式为：
当某方向绿灯亮时，只显示器为某值，然后每秒减1，计数方式工作，直至减到4或0时，十字路口的红绿灯变换，一次工作结束后进入下一步某方向的工作循环。
在倒计时的过程中计数器还向信号灯提供模为4的定时信号T1和模为0的定时信号T2，用以控制黄灯的闪烁和黄灯向红灯变换。
计数器采用74ls190进行设计比较简便。
它是十进制同步可逆计时器，具有异步并行置数的功能。
功能表如表3-1所示：
表3-174LS190的功能表
CETN'
D|U
CLK
LOAD'
ABCD
Q1Q2Q3Q4
﹢
﹢
﹢
0
﹢﹢﹢﹢
ABCD
0
1
↑
1
﹢﹢﹢﹢
减法计数
0
0
↑
1
﹢﹢﹢﹢
加法计数
1
﹢
﹢
1
﹢﹢﹢﹢
0000
因为要计数的数字从24开始，所以要用两片74LS190级联得到。
级联的电路图如图3-2所示：
图3-2倒计时器电路连接图
3.1.3倒计时计数器与信号灯转换器的连接
倒计时计数器向信号灯转换提供的定时信号T1和T2来实现信号灯的转换。
T1表示倒计时减到00的时候，此时给信号灯转换器一个脉冲，是信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。
T2表示倒计时到4秒的时候给信号灯一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯变为黄灯的时候，红灯不变。
将T1和T2的两个定时信号用活门输入给信号灯转换器的输入端就可以了。
3.1.4信号灯的转换方法
信号灯的转换方式由JK触发器得到。
设置编码S1=00,S2=01,S3=11，S4=10，其输出为Q1，Q2，它的状态转换表如表3-2所示：
表3-2信号灯状态转换表
现态
次态
输出
Q1n
Q2n
Q1n+1
Q2n+1
GA
YA
RA
GB
YB
RB
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
由表3-2可知信号灯的逻辑表达式为：
GA=Q1'Q2'YA=Q1'Q2RA=Q1
GB=Q1Q2YB=Q1Q2'RB=Q1'
由状态表达式可得所连电路。
所连电路如图3-3所示：
图3-3信号灯转换电路图
3.1.5白天夜间模式切换的设计
本设计中白天与夜间的转换开关为手动开关。
在实际应用中可以设计自动转换开关。
用光敏电阻或光敏二极管、光敏三极管组成光亮度检测电路，光亮度检测电路检测的电信号送入滞回电压比较器，滞回电压比较器根据光亮度输出高低电平信号，这个信号经延时电路后（可用单稳态电路实现），作为白天与夜间的自动转换开关。
这样当天黑以后经一段延时，系统自动转成夜间工作方式。
第二天天量后经一段延时，系统自动转换成白天工作方式。
在本次课程设计中选择使用手动切换白天与夜晚模式的选择。
3.1.6手动控制部分
当没有1Hz的脉冲时，要求电路能够实现手动控制，手动控制的核心是产生脉冲，手动控制的电路图如图3-4所示：
图3-4手动控制电路图
3.2时序仿真结果
图3-5白天仿真电路图
由上图3-5可知，当总开关向上闭合时，电路进行白天模式仿真，按下开始仿真按钮后，开始计数，图示为刚开始时南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，仿真结果非常准确，符合设计要求。
图3-6白天仿真电路图
由上图3-6可知，当计数20s后，南北方向黄灯亮，将持续闪烁4s，东西方向仍红灯亮，当绿灯装换为黄灯后，黄灯闪烁4s，才可以转变运行方向，仿真非常准确，符合实际要求。
图3-7白天仿真电路图
由上图3-7可知，重新开始计数时，换做南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，运行方式可以转变，仿真结果相当准确，符合设计要求。
图3-8白天仿真电路图
由上图3-8所示可知，当计数20s后，南北方向仍红灯亮，东西方向黄灯亮，并且在此后4s闪烁，4s后又将开始另一轮以上过程，自此，交通灯白天工作程序正常运行，仿真结果相当准确，符合设计要求。
图3-9夜间仿真电路
由上图3-9所示，当把开关向下合闭时，仿真电路进入夜间工作模式，南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其他灯不亮，仿真结果与设计要求相吻合，非常准确。
4心得总结
通过此次课程设计，加强了我们动手，思考和解决问题的能力。
在这次课程设计中遇到了各种各样的问题，经常遇到这样那样的情况，也在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，因此在这上面耗费了很多时间。
对于以后的学习我一定要认真对待，不能再像这次一样了。
我体会到了学习和实践的不同，学习只需要理解，而实践则需要将理解升华，将知识系统的应用。
此次课程设计主是运用本学期所学到的模拟电子技术知识来设计一个符合要求的交通信号控制系统。
要求我们运用所学知识将几种单元电路组合起来，并且能够根据给定性能指标求解电路中的参数，最后在实践方面还要求我们要有动手能力，绘制出仿真电路并调试。
开始时对交通信号控制系统的各个组成部分的原理（振荡器的原理、计数器的原理）掌握的不是很好，后来通过复习课本和查阅资料我设计出了电路图。
经过这一周的努力，在老师和同学的帮助下，我完成了设计任务。
在设计过程中，我学到了很多新东西。
我一直坚信，只要我努力去做，就能一定能做好。
这次课设最终顺利完成了，在此次课设中遇到了很多专业的知识问题，最后在老师的指导和同学的合作下，终于迎刃而解。
同时，我们也学到了老师身上的很多实用的知识，在此我表示衷心的感谢！
同时，对给过我帮助的同学和各位指导老师再次表示感谢！
参考文献
[1].王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》[M].高等教育出版社，2009.12
[2].阎石.《数字电子技术基础》[M].高等教育出版社，2009.2
[3].吴俊芹.《电子技术实训与课程设计》[M].机械工业出版社，2009.4
附录1器件明细表
器件明细表
器件名称
器件型号
器件数目
非门
74LS05
1个
或门
74LS32
2个
与门
74LS21
1个
与非门
74LS00
3个
或非门
4002BD
2个
4001BD
1个
十进制加减法计数器
74LS190
2个
数字显示屏
BCD-HEX-YELLOW
2个
BCD-HEX-RED
2个
多谐振荡器
555构成
2个
单置开关
9个
双置开关
2个
电阻
5K
1个
10K
2个
灯泡
红色
2个
绿色
2个
黄色
2个
JK触发器
7473
2个
直流电源
VCC
2个
直流电源
VCC
2个
示波器
2个
附录2仿真电路图
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