基于单片机实现的交通灯控制器设计.docx
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基于单片机实现的交通灯控制器设计
题目_________________
班级________________
学号____________________
姓名________________________
指导______________________
时间_______________
景德镇陶瓷学院
电子技术课程设计任务书
姓名班级指导老师
设计课题：
交通灯控制器设计
设计任务与要求
查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；
4、对整体电路原理进行完整功能描述；
5、列出标准的元件清单；
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
设计说明书字数不得少于3000字。
参考文献
[1]陶涛.基于VHDL语言实现十字路口交通灯设计[J].青海交通科技,2006,（6）.
[2]孙芹芝,张瑾,苏晓鹭.基于EDA的交通灯控制系统[J].今日电子,2005,（5）.
[3]王艳玲,全宏瑞,桂明辉.基于EDA技术的数字电路课程设计[J].桂林师范高等专科学校学报,2009,
（2）.
目录
1、总体方案与原理说明...............................................1
2、Clock的分频电路.....................................2
3、数码管显示电路......................................3
4、主控制电路........................................4
5、交通灯显示电路.............................................5
6、总体电路原理相关说明..................................6
7、总体电路原理图......................................7
8、元件清单..........................................8
参考文献.............................................................9
设计心得体会.......................................................10
1、总体方案与原理说明
设计一个由主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口的交通控制器，具体要求如下：
a．主支干道各设有一个绿、黄、红指示灯。
b．主干道处于常允许通行状态，而支干道有车来才允许通行。
c、当主、支干道均有车时，两者交替允许通行。
d、主、支干道每次方形时间不短于30s，在每次由亮绿灯编程亮红灯的转换过程中，要亮4s的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。
系统设计方案：
根据设计要求在这里用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、绿、黄三个灯。
红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。
在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，在这以亮5秒的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。
能实现正常的、即时显示功能。
并用四个七段数码管作为倒计时显示器。
分别显示东西、南北方向的红灯、绿灯、黄灯时间。
交通灯控制器框图如图下所示。
图1交通灯控制器框
2、Clock的分频电路
图2Clock的分频电路（74292分频器）
每到第40个脉冲时转换红绿灯，在每次红绿灯转换的最后10秒，黄灯也起
亮，达到提示的作用。
分频器一种是对模拟信号的处理。
是利用带通滤波器实现。
例如在音频功率放大器中把不同频率段的音频信号区分开，再进行放大输送给不同的扬声器还原成不同频段的声音。
这种分频器通常是利用电感电容对高低频信号的不同阻抗来把信号区分开。
另一类是对脉冲信号进行2的n次方分之一的分频，例如把32768HZ的脉冲信号变成1HZ的秒信号。
这类分频器通常是利用T触发器实现，每来一个脉冲后触发器状态改变一次，经过n个T触发器处理后就可以得到2的n次方分之一的分频信号。
3、数码管显示电路
图3数码管显示电路（显示交通灯工作时间）
数码管工作原理是由7个发光二极管组成,行成一个日字形,它门可以共阴极,也可以共阳极.通过解码一般由单片机的程序来完成电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字。
7447工作电压为5V,常用的BCD对七段显示器译码器/驱动器之IC包装计有TTL之7446、7447、7448、7449与CMOS之4511等等。
在这主要是运用7447与七段显示器译码器连用。
7447必须使用共阳极七段显示器，在正常操作时，当输入DCBA=0010则输出abcdefg=0010010。
故使显示器显示"2"。
当输入DCBA=0110时，输出abcdeg=1100000，显示器显示"6"。
4、主控制电路
图4主控制电路（控制交通灯各种工作状态）
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。
这里主要是用一个74160、一个与非门、一个与门、一个非门组成。
主控电路主要是通过74160实现的，74160是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。
在这是运用74160的异步置零，只要（CR的非）有效电平到来，无论有无计数输入CLK脉冲，输出为“0”。
并且清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。
清零端是低电平有效。
5、交通灯显示电路
图5交通灯显示电路（红、黄、绿灯显示）
计时显示实际是一个定时控制电路，当30s、20s、5s任一计数器计数时，在主支干道各自可通过数码管显示出当前的计数值。
6、总体电路原理相关说明
交通信号灯是由交通灯控制器控制其红绿灯周期变化的，现在的大部分十字路交通灯采用的都是固定周期，由于实际路况较为复杂，不能有效地实时对时间资源的合理调配，达到缓解交通的目的。
交通灯控制系统的周期可以改变，黄灯和东西方向以及南北方向红灯时间由外部输入设定。
根据要求一个由主干道和一条支干道的汇合点形成的十字交叉路口的交通控制器，其中主支干道各有一个绿、黄、红指示灯，当干道处于常允许通行状态，而支干道有车来才允许通行，主、支干道均有车时，两者交替允许通行，且主、支干道每次方形时间不短于30s，在每次由亮绿灯编程亮红灯的转换过程中，要亮4s的黄灯作为过渡，并进行减计时显示。
为此设计如下电路图。
该交通灯控制器的整体图如下图所示。
它主要由分频器、数码显示电路、主控电路和交通灯显示电路（红、黄、绿灯显示）等部分组成。
分频器是该系统中数码显示电路和主控电路的标准时钟信号源，数码显示电路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，主控电路是系统的主要部分，由它控制数码显示电路和交通灯显示电路的工作。
7、总体电路原理图
8、元件清单
序号
名称
备注
数量
1
可预置BCD异步清除计数器
74160
1
2
带公共时钟和复位四D触发器
74174
1
3
BCD同步加/减计数器
74190
2
4
BCD—7段高有效译码/驱动器
7447
2
5
分频器
74292
1
6
非门
not
4
7
二端或门
Or2
3
8
二端与门
And2
3
9
二端或非门
Nor2
1
10
二端与非门
Nand2
1
11
三端与门
And3
4
12
输入器件
Input
3
13
输出器件
Output
20
参考文献
[1]陶涛.基于VHDL语言实现十字路口交通灯设计[J].青海交通科技,2006,（6）.
[2]孙芹芝,张瑾,苏晓鹭.基于EDA的交通灯控制系统[J].今日电子,2005,（5）.
[3]王艳玲,全宏瑞,桂明辉.基于EDA技术的数字电路课程设计[J].桂林师范高等专科学校学报,2009,
（2）.
[4]杨捷,蒋炜华,马临超.基于VHDL语言的交通灯控制器设计[J].河南机电高等专科学校学报,2008,（3）.
[5]任旭虎,王心刚.VHDL数字系统设计[J].青岛大学学报（工程技术版）,2001,（3）.
[6]章彬宏主编.EDA应用技术.北京，北京理工大学出版社，2007.
[7]张秀娟，陈新华主编.EDA设计与仿真实践.北京，机械工业出版社，2009.
[8]张德树.简易的十字路口交通信号灯控制电路[J].滁州学院学报，2004.
[9]陈宗梅，交通灯控制系统电路设计[J].重庆职业技术学院学报，2005.
设计心得体会
通过这次交通灯控制器课程设计，我不仅加深了对交通灯理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。
这个设计过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，在同学的帮助下，不断的修改直到符合了自己的要求，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的。
最后，对给过我帮助的同学和老师再次表示忠心的感谢！
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