交通灯控制电路方案设计书67757.docx
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交通灯控制电路方案设计书67757
数字电子技术论文
题目：
交通灯控制电路设计
系别：
机电工程系
专业：
机电一体化
学生姓名：
学号：
指导教师：
宾恩钧廖晓梅
职称：
副教授高级工程师
题目类型：
理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发
2010年07月09日
摘要
十字路口交通灯是用于城市交通数据监测，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中最重要的组成部分。
数字系统是一个能够对数字信号进行加工，传递，和存储的实体，它由实现各种功能的数字逻辑电路相互连接而成。
用来处理数字信号的电子线路称为数字电路，数字集成电路的基本逻辑单元是逻辑门，一块集成电路芯片所容纳的逻辑门数量反映了芯片的集成度，集成度越高，单个芯片所实现的逻辑功能越强。
对于十字路口交通灯设计。
在信号源的选择上，我们采用了由555定时器组成的秒脉冲发生器，提供一个频率稳定的准确的方波信号,可保证信号灯的计时器准确及稳定。
信号灯计数器为十进制计数器74LS168，分别控制黄灯、绿灯、红灯的计时，再由74LS48译码器控制数码管显示数字。
关键词：
计数器；控制电路；秒脉冲
Abstract
Thenumbersystemisonecanlogarithmswordthesignalcarryonprocessinganddeliver,andasforentitythatsave,itfromcarryoutthenumberlogicofvariousfunctiontheelectriccircuitismutuallyconjunctionbutbecome.Theelectronicscircuitusedtohandlenumbersignaliscallednumberelectriccircuit,thebasiclogicunitofnumberintegratedcircuitisalogicdoor,thelogicdooramountacceptedbyapieceofintegratedcircuitchipreflectedtheintegrationdegreeofchip,theintegrationdegreewasmorehigh,singlethelogicfunctioncarriedoutbychipismorestrong.
Isintersectionstransportationinthetopicofthistimecoursedesignthelightcontrol.Onthechoiceofsignalsource,adoptfrom555infixedtimethemachineconstituteofsecondpulser,provideafrequencystabilityofaccuratesquarewavesignal,canpromisethetimerofsignalbeaconisaccurateandstable.Thesignalbeaconcountsamachinetocountthemachine74LS168sfordecimalsystem,whilecontrolinganaccountingofyellowlight,greenlightandredlightrespectivelyagainfromthe74LS48stranslatethecodemachinecontrolfiguresthetubeshowanumber.
Keyword:
Countamachine。
Controlelectriccircuit。
Secondpulse
引言···································································4
1设计目的·························································5
2交通灯基本工作原理···············································5
2.1工作流程图························································5
2.1.1工作时序··························································6
3设计思路···························································6
4元器件清单及主要元器件介绍··································7
5电路总体说明·······················································9
结论······································································11
谢辞······································································12
参考文献··································································13
附录·······································································14
引言
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人，车，路三者关系的协调，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监测，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中最重要的组成部分。
城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。
而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。
所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题，
无论在大城市还是在小城市街道的十字路口，每条道路都各有一组红、黄、绿信号灯，用以指挥车辆和行人有序地通过十字路口。
红灯（R）亮表示该道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。
交通灯控制电路即交通控制定时系统就是用来自动控制十字路口三组红、黄、绿三色交通信号灯，指挥各种车辆和行人安全通行，因而使用十分广泛。
本设计使用了数字系统来解决实际应用问题。
1设计目的
（1）掌握十字路口交通灯控制器的构成、原理与设计方法。
（2）熟悉集成数字电路的使用方法。
2交通灯基本工作原理
交通灯基本原理图：
其中红灯R亮，表示该条道路禁止通行；黄灯Y亮表示停车；绿灯G亮表示允许通行。
见下图
（一）
图
（一）
2.1工作流程图：
交通灯顺序工作流程图
（二）
图中设南北方向的红，黄，绿灯分别为NSR,NSY,NSG东西方向的红，黄，绿灯分别为EWR,EWY,EWG。
工作方式：
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。
2.1.1工作时序：
东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和；南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
时序工作图如下图（三）：
图（三）
假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。
其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
为了方便人们玩直观地把握时间，十字路口要有数字显示，作为提示，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“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的人作循环。
例如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；，同时，使得东西方向绿灯亮，并置东西方向的数显为18。
3设计思路
根据此次数电实训的要求,我设计的交通灯控制电路由3个部分组成：
标准的秒信号发生器、定时译码显示系统和交通灯信号状态控制器。
（1）秒脉冲电路设计：
采用5G555定时器构成占空比q=2/3的多谐振荡器。
根据占空比表达式可知：
q=（R1+R2）/（R1+2R2）=2/3
得到R1=R2,又由震荡周期表达式可知：
T=（R1+2R2）Cln2=1
若取C=10uF,则代入上式可得：
3R1Cln2=1
所以R1=R2=48K
选用两只47K与一只2K电位器串联就得到下图（四）所示电路：
图（四）
（2）定时译码显示系统设计：
定时译码显示系统必须有一个能自动按不同定时时间来定时的定时器，以便完成三种不同的持续定时时间。
所以，用两片74LS168构成2位十进制可预置减法计数器；时间状态由两片74LS48和两只LED数码管对减法计数器进行译码显示；预置到减法计数器的定时常数通过3片8路双向三门态74LS245来完成。
（3）交通灯信号状态控制器设计：
交通灯信号状态控制器用来记忆十字路口交通灯的工作状态，并且根据工作状态的转移情况来分别点亮和关闭路口的交通灯。
将3部分正确连接后实现主干道与支干道红、绿、黄等的转换。
4元器件清单及主要元器件介绍
74LS168；74LS112；74LS00；74LS48；74LS245；74LS32；LED数码管；5G555；47K电阻；2K电位器；10uF电容器；0.01uF电容器；发光二极管（红、黄、绿）。
74LS168的功能表如下表
（一）：
CP
LD’
S1’
S2’
M
ABDC
↑
0
abcd
abcd
↑
1
0
0
1
加法计数
↑
1
0
0
0
减法计数
X
1
1
保持
X
1
1
555定时器介绍：
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
555定时器内部方框图
555电路的工作原理
555电路的内部电路含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为
和
。
A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超过
时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于
时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。
是复位端，当其为0时，555输出低电平。
平时该端开路或接VCC。
Vc是控制电压端（5脚），平时输出
作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。
T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
5电路总体说明
将电路的标准的秒信号发生器、定时译码显示系统和交通灯信号状态控制器组合在一起得到下图（五）所示的总电路：
图（五）
用仿真软件对交通灯控制电路进行仿真，接线图如下图（六），通过仿真，我们所设计的电路实现了交通灯的功能。
图（六）
结论：
通过这次数电实训，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。
十字路口交通灯控制器是集模拟电子技术和数字电子技术为一体的一种综合应用，采用数字电路实现对信号灯的计时和数字显示的电路,整个十字路口交通灯控制器主要由振荡器分频器、计数器、译码显示器电路等几部分组成。
经过实训使我对这些器件有了跟深入的了解，同时也了解了关于十字路口交通灯控制器的设计原理与设计思想，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
在连接十进制的进位接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
虽然设计时间很紧迫，但在设计的过程中我们还是学到不少东西的，由于有些芯片我们没有接触过，我们在查找这些资料的过程中就学到了很多东西，有些芯片本来我们不懂的，但是经过查资料我们还是对那些不懂的芯片有了一定的了解。
通过在图书馆查找资料，借阅大量图书，上网搜集资料和自主学习，我学到了许多知识，比如各种器件的使用方法，逻辑原理图的设计等等。
本次设计让我对数字电路中逻辑关系有了进一步的理解，使自己具备了一定的看图能力。
谢辞：
在这两周的数电实训过程中我过得很充实，首先感谢廖老师和宾老师，是他们的辛勤教导，使我获得了模电知识和数电知识。
同时感谢学校给我们提供了很好的实训场地和参考资料。
在老师的指导下我们组成员分工合作，顺利完成了这次实训。
参考文献：
[1]刘浩斌.数字电路与逻辑设计.北京：
电子工业出版社
[2]程震先.数字电路实验与应用.北京：
北京理工大学出版社
[3]阎石.数字电子技术基本教程.北京：
清华大学出版舍
附录
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