交通灯控制器设计数字课设.docx

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交通灯控制器设计数字课设

前言

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系统中最重要的组成部分

  不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。

在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！

随着我国城市化建设的发展，越来越多新兴城市的出现，使得城市交通成为了一个绝对主要的问题。

同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,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，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。

因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建城市道路，在道路建设完成的初期，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道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。

而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。

于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。

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多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，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。

由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术,比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。

随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。

对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。

第一章设计内容及要求

〖基本要求〗

1）用数字电路实现下面功能

南北向绿灯亮，东西向红灯亮30S

南北向黄灯亮，东西向红灯亮6S

南北向红灯亮，东西向绿灯亮30S

南北向红灯亮，东西向绿灯亮6S

图1.1交通灯控制器控制流程图

2）增加自动夜间开关功能，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

第二章系统的组成及工作原理

2.1系统的组成:

2.1.1系统原理框图

本次设计的交通灯控制器原理框图如图1.2所示：

图1.2系统原理框图

图中看出此次设计主要由4个大部分组成：

1.脉冲产生电路。

设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的1秒的脉冲。

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4秒的脉冲）。

3.系统控制电路。

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LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS192。

2.2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。

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，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“24”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。

由于东西方向红灯灭信号（EWR：

0）使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮使另一方向——东西方向减法计数器开始工作。

在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，黄灯亮（为高电平）时，置入数据。

黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R=1）开始减计数。

第三章单元电路设计、参数计算、器件选择

3.1电路模块设计

3.1.1设计方案

根据设计要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图1.1，设计方案可以从以下几部分进行考虑。

1>.1S标准脉冲和分频器。

因十字路口每个方向绿、黄、红灯亮时间比例分别为5：

1：

6，所以，如果选4秒为一单位时间，则计数器每计数4秒输出一个脉冲。

这一电路用D触发器（或由其他触发器构成的D类型触发器）即可实现。

2>.交通灯控制器。

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。

这里我们选用中规模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1.1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：

表1.1状态表

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

东西方向绿：

黄：

红：

南北方向绿：

黄：

红：

（3）工作时序。

应满足两个方向的工作时序：

即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。

时序工作流程图见图1.3所示。

（假设每个单位时间为4秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为20秒、4秒、24秒，一次循环为48秒。

）

图1.3交通灯时序工作流程图

（4）显示控制部分。

显示控制部分实际上是一个定时控制电路。

3.2单元电路的设计及相关参数计算

1>.脉冲信号发生器

图1.4脉冲信号产生电路

T1=（R1+2R2）*ln2*C（其中R1=10K,R2=4.7K,C=1000µf,结果T1大概为1秒）

2>.分频器

图1.5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4秒为单位时间,通过图1.3可以知道秒脉冲通过它之后产生了4倍分频。

（T=4T1=4秒）

3>.计数器（74ls164）

图1.6引脚图图1.7真值表

用74LS164八位移位寄存器引脚A,B与引脚Qe,Qf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。

也就是说通过各种门电路与74ls164按设计要求的各种连接可以控制发光二极管的发光的顺序。

5>.显示部分

图1.1374ls192引脚图图1.1474ls48图

图1.15led共阴数码管

通过74ls192的引脚Q0,Q1,Q2,Q3与74ls48的引脚A,B,C,D相连接,然后74ls48的引脚a,b,c,d,e,f,g与led共阴数码管的a,b,c,d,e,f,g引脚相连接这样就可以显示交通灯控制器的时间。

（功能表如下：

）

表1.2led共阴功能表

参考文献

[1].谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].武汉：

华中理工大出版社.1992

[2].彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:

高等教育出版社.1996

[3].江岳.智能仪器[M].合肥:

国科大出版社.1993

[4].程开明.数字电子技术[M]:

重庆.庆大学出版社.1996

[5].唐介.电工学[M].北京:

等教育出版社.1999

附录

附录1：

图交通信号灯控制器设计总图

附录2：

表元器件清单

555芯片

一个

74ls74芯片

一个

74ls00芯片

一个

74ls04芯片

一个

74ls11芯片

一个

74ls08芯片

两个

74ls32芯片

一个

74ls192芯片

四个

74ls48芯片

四个

发光二极管（红）

两个

发光二极管（黄）

两个

发光二极管（绿）

两个

数码管lc5011－11

四个

开关

两个

10k电阻

两个

4.7k电阻

一个

电解电容10µf

一个

瓷瓦电容103

一个

74ls164芯片

一个

4>.各种门电路

图1.874ls04引脚图图1.974ls08引脚图

图1.1074ls00引脚图图1.1174ls32引脚图

图1.1274ls11引脚图