许萍萍电子技术课程设计报告本科.docx
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许萍萍电子技术课程设计报告本科
北华航天工业学院
《电子技术》
课程设计报告
报告题目：
交通信号灯控制电路的设计
作者所在系部：
电子工程系
作者所在专业：
电子信息工程
作者所在班级：
B08299
作者姓名：
许萍
作者学号：
200840299999
指导教师姓名：
崔瑞
完成时间：
2010年6月20日
课程设计任务书
课题名称
交通信号灯控制电路的设计
完成时间
2010-6-20
指导教师
崔瑞
职称
讲师
学生姓名
许萍
班级
B08299
总体设计要求和技术要点
设计一个交通信号灯控制电路，具体要求如下：
1、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。
2、每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，此时原红灯不变。
3、用十进制数字（递增计数）显示放行和等待时间。
工作内容及时间进度安排
第15周：
周1---周3：
立题、论证方案设计
周4---周5：
预答辩
第16周：
周1---周3：
仿真实验
周4---周5：
验收答辩
课程设计成果
1．与设计内容对应的软件程序
2．课程设计总结报告
内容摘要
随着经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人，车，路三者关系的和谐，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据检测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
为此，本次设计完成的就是交通灯设计。
本课题要设计的是交通信号灯，主、支干道交替放行,因为主干道车流量大，所以主干道每次放行30秒,支干道每次放行20秒，每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，此时原红灯不变，提醒后面车辆司机停止开车，用十进制数字（递增计数）在数码管上显示放行和等待时间，
该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。
缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，
目录
一、概述………………………………………………………………1
二、方案设计与论证………………………………………………………………2
三、单元电路设计与分析…………………………………………………………2
1．主控制器………………………………………………………………3
2．时钟信号发生器…………………………………………………………3
3．计数器……………………………………………………………………3
4．信号灯译码驱动电路……………………………………………………3
5．数字显示译码驱动电路…………………………………………………4
四、总原理图及元器件清单……………………………………………………4
五、结论…………………………………………………………………………6
六、心得体会……………………………………………………………………6
七、参考文献……………………………………………………………………6
一、概述
该控制电路中，由主控制电路部分控制信号灯的亮灭，并同时参与控制计数器的置零工作。
计数器为百进制计数器控制显示器的时间显示，并同时参与控制主控制部分电路的状态改变。
整个电路的时钟信号，由555定时器组成的多谐振荡器提供f=1Hz的脉冲信号。
二、方案设计与论证
交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器、时钟信号发生器和译码器等部分组成。
时钟信号发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，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。
图1-1交通信号灯的控制原理图
通过对交通灯控制器总体工作过程的分析（详细分析见三），此方案能够实现交通灯四种状态的自动转换，因此，此方案是可行的。
三、单元电路设计与分析
1、主控制器
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，这种情况下主绿灯亮和支红灯亮，持续时间为30秒，设次状况为TR；
（2）30秒后，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5秒，设此状况为TY；
（3）5秒后，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20秒，设此状况为TG
（4）20秒钟后，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5秒，次状况为TY
5秒后又回到第一种情况，如此循环反复。
因此，要求主控制器电路也有3种状态，状态转换图如图3所示。
则控制器的工作状态及功能如下表所示。
设控制器的初始状态为Q1=0,Q0=0，当其持续时间小于30秒时，TR=0，控制器保持TR不变。
只有当TR的持续时间等于30秒时，TR=1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个工作状态。
图1-2控制器状态转换表
Q1*=Q1′QₒTY+Q1Qₒ+Q1Qₒ′TY′
Qₒ*=Q1′Qₒ′TR+Q1′Qₒ+Q1QₒTG′
St=Q1′Qₒ′TR+Q1′QₒTY+Q1QₒTG+Q1Qₒ′TY
根据以上方程，选用两个数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1、Q0）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器的逻辑图如图12、5所示。
图1-3控制器的逻辑图
2、时钟信号发生器
时钟信号发生器选用555多谐振荡器构成，方便，灵活且器件较少，震荡稳定。
若采用如图5电路，则占空比：
故得到R1=R2
T=（R1+2R2）Cln2=2/3
若取C=10uF,则代入上式得：
3R1Cln2=1
R1=R2=1/3Cln2=48KΩ
图1-4555控制图
3计数器
计数器有两个作用：
一是根据主干道车辆运行的时间以及黄灯切换时间的要求，进行30秒、20秒、5秒、3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。
计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应该受主控制器的控制。
计数器的工作情况为：
计数器在主控制器进入状态TR时开始30秒计时；30秒后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态TY，计数器开始5秒计数，5秒钟后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态TG，计数器开始20秒计数，20秒钟后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态TY，计数器开始5秒计数，5秒钟后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控
制器回到状态TR，开始新一轮的循环。
图1-5
4控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
其控制器状态转换表如下
图1-6控制器状态转换表
Q1*=Q1′QₒTY+Q1Qₒ+Q1Qₒ′TY′
Qₒ*=Q1′Qₒ′TR+Q1′Qₒ+Q1QₒTG′
St=Q1′Qₒ′TR+Q1′QₒTY+Q1QₒTG+Q1Qₒ′TY
根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1、Q0）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器的逻辑图如图1-7所示。
图1-7控制器逻辑图
5信号灯译码驱动电路
主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。
设灯亮为1，灯灭为0，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。
为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
AG=1：
甲车道绿灯亮；
BG=1：
乙车道绿灯亮；
AY=1：
甲车道黄灯亮；
BY=1：
乙车道黄灯亮；
AR=1：
甲车道红灯亮；
BY=1：
乙车道红灯亮；
则控制信号灯的译码电路的真值表如下表所示：
表12、4控制器状态编码与信号灯关系表
状态
AGAYAR
BGBYBR
00
1 0 0
0 0 1
01
0 1 0
0 0 1
10
0 0 1
1 0 0
11
0 0 1
0 1 0
控制器中的信号在送给由芯片74LS00组成的信号灯译码驱动电路后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。
5数字显示译码驱动电路
这部分电路采用常见的数码管显示电路，电路如图8显示：
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
2.元器件清单
序号
元件型号
主要参数
数量
1
R1
48Ω
1
2
R2
48Ω
1
3
C1
10uF
1
4
C2
0.01uF
1
5
C3
15U
1
6
R3
200Ω
6
7
74160
2
8
74153
2
9
7404
3
10
7408
4
11
74LS00
4
12
555
1
13
SEVEN_SEG_DISPLAY
2
14
Digitalprobe
6
15
Ground
5
16
Digitalpower
5V
2
五、结论
本报告详细介绍了简单红绿灯自动控制电路的设计方案，并通过多次在仿真软件上进行调试与修改，已证明该报告所设计的交通信号灯控制电路基本能够正常运行，并且符合设计要求。
六、收获与体会
通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。
电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。
巩固数字逻辑电路的理论知识，对160计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使D触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理。
更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。
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。
通过这两周的课程设计，我深深体会到了发现问题要学会分析问题并解决问题的重要性。
另外，通过这次课程设计,与他人合作，我又进一步体会到了合作的快乐。
实践必须建立在理论基础上,但只讲理论不去实践，永远也体会不到知识的真谛！
七参考文献
1《电子技术基础-模拟部分》高等教育出版社
2《数字电子技术基础》高等教育出版社
3《数字电子技术实验讲义》湖南工学院
4路勇主编.电子电路实验及仿真北京交通大学出版社
教师评语及设计成绩
评语
课程设计成绩：
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