交通灯控制电路.docx

交通灯控制电路.docx

《交通灯控制电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯控制电路.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

交通灯控制电路

物理与电子工程学院

课程设计报告

课程数字电子技术基础

题目交通灯控制电路的设计

专业电气工程及其自动化

姓名吴青洪（1009040605）

张冬冬（1009040603）

丁政（1009040611）

指导教师周功明副教授

学期2011-2012

交通灯设计

学生：

吴青洪张冬冬丁政

指导教师：

周功明副教授

“摘要（abstract）”

随着科技水平的提高，交通公具越来越发达，行驶速度越来越快！

在维持交通秩序中交通灯占了很重要的地位。

为了更好实现交通秩序的有条不紊，我们设计了一个南北方向带计数装置的交通灯。

该装置很好的实现了车辆的通行控制。

我们这次采用了脉冲信号发生器（555定时器）、计时计数器（74LS160）、经信号灯转换器（四片7448）.交通灯控制系统的原理框图。

它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。

脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS160来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器（4片7448）来控制信号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。

关键字：

信号发生器、计数器、信号灯转换器

TheDesignOfTrafficLight

Instructor:

Alongwithscienceandtechnologytoraisethelevelofpublictransport,moreandmoredeveloped,drivingfaster!

Inkeepingtrafficorderlightsinaimportantposition.Inordertorealizetheorderlytraffic,wedesignanorth-southdirectionwiththetrafficcountingdevice.Thisdeviceisverygoodforthevehicletrafficcontrolrealization.Weadoptedthepulsesignalgenerator（555timing）,timingcounter（74LS160）,thesignalconverter（four7448）.

Keywords:

signalgenerator,counter,signalconverters

引言……………………………………………………………………………………1

1设计要求…………………………………………………………………………1

2系统框图及说明…………………………………………………………………1

2.1画出系统框图……………………………………………………………2

2.2信号灯换…………………………………………………………………2

3单元电路设计……………………………………………………………………3

3.1主控电路…………………………………………………………………5

3.2主干道计时电路…………………………………………………………5

3.3支干道计时电路…………………………………………………………6

3.4黄灯闪烁控制……………………………………………………………9

3.5整个交通灯路……………………………………………………………9

4仿真过程和效果…………………………………………………………………8

5参考文献………………………………………………………………………10

6致谢……………………………………………………………………………11

7附录……………………………………………………………………………12

引言

随着科技水平的提高，交通公具越来越发达，行驶速度越来越快！

于是，交通管理越来越体现其重要性，交通灯的效率要求也越来越高。

我们此次设计了交通灯！

它主要是由它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。

本次用到了学到的脉冲信号发生器（555定时器）、计时计数器（74LS160）、经信号灯转换器（四片7448）。

（一）设计要求：

1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒，时间可设置修改。

2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；

3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。

4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。

5、同步设置人行横道红、绿灯指示。

二．系统框图及说明：

1、分析系统的逻辑功能，画出其框图

交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。

它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。

脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS160来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器（4片7448）来控制信号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。

2、信号灯转换器

两方向车道的交通灯的运行状态共有4种（因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以不考虑），如图1-2所示

信号灯状态与车道运行状态如下：

S0：

支干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；主干道

车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行

S1：

支干道车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；主干道

车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行

S2：

支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道

车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行

S3：

支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道

3）车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行G1=1：

主干道绿灯亮

（图1－2）

2．主干道计时电路

1）原理：

通过74LS160（2片）采用串行同步整体置数级连和下一个状

态的相应控制来分别实现30秒、5秒、25秒。

通过7448（2片）译码器

和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。

2）.原器件的选择及参数：

若选集成计数器74160（2片），采用同步整体置数。

译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。

注：

本系统设计用的是74LS160计数器（0-9），因此7447的后面几个状态没必要写出。

表1-4状态编码与时间关系表

3）.电路接法如下：

（图1－3）

注：

此分电路很重要、尤其在对时间的控制上、红灯显示时间=支干道绿灯显示时间+支干道黄灯显示时间、否则会出现交通混乱现象。

另外、3个开关（s1,s2,s3）在分图的连接中作为选择时间，而在总图中，应该连接到相应的显示灯上。

3支干道计时电路

1）原理：

通过74LS160（2片）采用串行同步整体置数级连和下一个状态的相应控制来分别实现30秒、5秒、25秒。

通过7448（2片）译码器

和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。

2）.原器件的选择及参数：

若选集成计数器74160（2片），采用同步整体置数。

译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。

基本上与主干道计时电路一样。

表1-5状态编码与时间关系表

3）.电路接法如下：

注意：

十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，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“５”和“０”，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。

在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。

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。

计数器选用集成电路74190进行设计较简便。

74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。

74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。

表1-474190的状态表

图1-5

现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。

当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。

具体连接方法如图1-5所示。

信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。

工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。

当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。

图1－6

预置数（即车的通行时间）功能：

如图1-6所示，８个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。

预置数的范围为6～98。

假如把通行时间设为45秒，就像图１-5的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。

（接电源相当于接1，悬空相当于接０）

图1－7

向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0：

T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。

接法为：

把两个74190计数器的8个输出端用一个或非门连起来。

T5表示倒计时减到数“05”时。

T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。

接法为：

当减到数为“05”（00000101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与门连接起来。

具体连接方法如图1-7所示。

4、黄灯闪烁控制

要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为2的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连进来，再接到黄灯。

5、整个交通灯控制系统的布局图

图1－8

<四>仿真过程与效果分析

1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，10个交通灯。

但由于4个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，所以我在设计图1-8电路的过程中，为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1个时间显示器。

另外由于人行道的红绿灯跟车道的红绿灯是同步的，分别是：

东西方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接南北方向车道的红灯；南北方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接东西方向车道的红灯。

所以在图1-8电路中就只接了6个灯。

2、为了使电路更加直观，我把计数器、信号灯灯转换器等放在一个名为main的子电路中。

然后再在子电路外面接输入端和输出端。

具体如图1-9所示：

3、点击启动按钮，然后再打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为45秒，打开总开关，东西方向车道的绿灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的红灯亮，人行道的绿灯亮。

时间显示器从预置的45秒，以每秒减1，减到数5时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。

减到数1时，1秒后显示器又转换成预置的45秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。

如此循环下去。

图1－9

4、修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为6~98秒），效果同3一样，总开关一打开，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。

<六>体会总结

1、通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我总共想过两个方案，另一个方案弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。

所以我又花了一天的时间做出这个方案，这个相对另一个方案比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择。

这个方案总共只用了四个芯片，分别为2个74190计数器，2个JK触发器。

2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。

所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。

不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。

或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九宵云外去了吧！

3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。

虽然在设计过程中，我们借鉴了一些网上的资料，但是在寻找这些材料的过程中，我们一步步的对这个设计加深了理解，让我们学到了很多知道。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].数字电路部份.第5版.高等教育出版社.2004

[2]郑家龙.集成电子技术基础教程[M].北京：

高等教育出版社，2002

[3]黄正瑾.在系统编程技术及其应用.2版[M].南京：

东南大学出版社，1999

[4]李良荣.现代电子技术——基于Multisim7&Ultiboard2001.北京：

机械工业出版社，2004

[5]JohnF.Wakerly.DigitalDesign-Principles&Practices.3rded.Bejing:

HigherEducationPressandPearsonEducationNorthAsiaLimited,2001

[6]赵保经.蒋建飞.大规模集成数－模和模－数转换器设计原理[M].北京：

科学出版社，1987

[7]路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化[M].北京：

清华大学出版社，2004

[8]Altera可编程逻辑器件及应用[M].2版.南京：

东南大学出版社，1999

致谢

在这次课程设计中，我们组的同学得到了老师和其他同学的帮助。

首先，我要感谢学院领导和我的指导老师周功明老师！

能过本次设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。

将所学知识很好的运用到了实践中去，而且还学会了怎样去培养创新精神，从而，不断战胜自己，超越自己。

创新可以是在原有的基础上加以改进，使之功能不断完善，成为自己的东西，同时使我们的团队精神得以充分发挥。

理论与实践创新有机结合起来，对课程的学习又加深了一步了解。

其次，我的搭档们为这次的设计努力奋斗了几天，在我们共同的努力下，终于完成了此次设计。

同学，也在我们共同的努力下，了解决了很设计上的难题。

最后，再次感谢，在设计中帮助我的老师和同学们，非常感谢！

附录

附录1总原理图

附录2元件清单

1、555定时器一块

2、74LS160

3、4片7448

4、数码管8个

5、发光二极管

6、导线若干