基于数字电子技术的交通灯系统设计Word格式.docx

1、它的计时周期为50秒，其中主车道通行时间为30秒，支干道每次通行时间为20秒。本电路设计的优点是，用了尽量少的芯片实现了课题所要求的功能，既实现了红绿灯的指示，又以倒计时的方法对红绿灯的时间进行了显示。由于采用了石英晶体振荡器，大大提高了电路的稳定性与精度。关键词 交通灯 控制电路 proteus仿真 电路设计目 录1 设计题目 12 设计任务 12.1 设计任务及指标 12.2 设计相关提示 13 交通灯控制电路系统设计 13.1 方案比较 13.2 交通灯电路结构框图 13.3 交通灯电路设计 23.3.1 脉冲电路 23.3.2 计数电路 33.3.3 灯控制电路 33.3.4 倒计时电

2、路 54 实验数据、误差分析及结论 75 课程设计的收获、体会和建议 8致谢参考文献附录一 交通灯电路原理图附录二 元器件表附录二 交通灯实物图1 设计题目2 设计任务2.1 设计任务及指标（1）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；（2）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（采用倒计时的方法）；（3）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；（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。2.2 设计相关提示所设

3、计的交通路口为一十字路口，不涉及左右转弯问题。3 交通灯控制电路系统设计3.1 方案比较根据倒计时显示方式的不同，我们设计了两套方案作比较：方案一：主车道的倒计时按照25秒、5秒、20秒循环显示，分别对应绿灯、黄灯、红灯；而支车道则按照30秒、20秒、5秒循环显示，分别对应红灯、绿灯、黄灯。所以主干道与支干道的倒计时是不一样的，需要4个CD4511译码器。方案二：根据题目的要求南北方向（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，支干道每次通行时间为20秒，也就是一个循环是50秒。如此先显示30秒倒计时（对应绿灯，到了5秒后换黄灯亮）后显示

4、20秒倒计时，然后再显示30秒倒计时，以此类推。由于主干道的通行时间也就是支干道的禁行时间，所以两组数码管显示的倒计时是一样的，只需2个CD4511译码器即可。两种方案均符合要求，对比之下方案二的元件要少很多，线路的复杂程度也减小了，对于焊接与调试都降低了难度与风险，所以我们组决定采用方案二进行设计。3.2 交通灯电路结构框图图1 交通灯电路结构框图3.3 交通灯电路设计3.3.1 脉冲电路图2 脉冲电路图由石英晶体组成的秒脉冲产生电路如图2所示。它将为整个电路提供脉冲信号。图中的晶振频率为32768HZ。CD4060是14级二进制分频器，从它的引脚3出来的是2HZ的方波信号。因此，还需要通过

5、一个74LS74（D触发器）对此信号进行2分频，最后从5脚输出的即为1HZ的方波脉冲信号。3.3.2 计数电路由于交通灯电路中主干道通行时间为30秒，支干道通行时间为20秒，所以周期为50秒，所以需要一个50进制计数器。如图3所示，计数电路由3片74LS193组成。从左到右依次为计数电路的地位到高位。对于74LS193（0），取Q2、Q1、Q0为输出端。芯片的UP时钟端输入时钟脉冲，芯片从000开始加计数，到101时，Q2、Q0通过与门反馈到清零端，从而芯片马上回到000状态，共有000到100五种状态。同时，与门给了74LS193（1）的UP时钟端一个由0到1的脉冲信号，芯片也开始计数，同理

6、，它也有五种状态。而最右边的74LS193（2），取Q0为输出端，芯片在Q1为1时瞬间清零，芯片只有两种状态。综上所述，电路共有255=50种状态，3片74LS193构成了50进制计数器。图3 计数电路图3.3.3 灯控制电路如图4所示，灯控制电路是由计数电路控制的。对于主干道，前25秒亮绿灯，接着的5秒亮黄灯，最后20秒亮红灯。情况如下：前25秒对应计数部分的前25种状态，在这个过程中计数部分（见图3）的74LS193（2）的Q0一直为0，经过3个非门连接到绿灯，绿灯的状态为1，所以前25秒绿灯是一直亮着的。到第26秒时，74LS193（2）的Q0变为1，绿灯的状态变为0，绿灯灭。此时计数部

7、分的状态为001 000 000，74LS193（1）的Q2、Q1、Q0经或非门输出为1，74LS193（2）的Q0为1，两者再经过一个与门输出为1。为了使黄灯亮时能每秒闪一次， 在黄灯那里加入一个与门，把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每秒闪亮一次的功能了。因此，在前25秒时黄灯的状态一直是0，到了26秒才变为1。当计数部分状态为001 001 000时，黄灯熄灭。从001 000 000到001 001 000，电路经历了五个状态，时间为5秒。由于红灯要在绿灯和黄灯熄灭后才亮，因此在绿灯和黄灯前各引出一条线接入或非门，用这个或非门来控制红灯。

8、所以，当绿灯和黄灯有一个状态为1时，红灯的状态均为0；当绿灯和黄灯状态均为0时，红灯的状态为1，此时红灯亮。这个过程将持续20秒。图4 灯控制电路图以上是车道的情况。对于人行横道，因为车道通行的时候人行横道静止通行，因此从车道的红灯前引出一条线接入非门，用非门控制人行横道的红灯。对于人行横道的绿灯，则与人行横道的红灯状态相反，用非门即可。这样，车道红灯亮时人行横道的绿灯亮，红灯灭。对于支干道，也是用同样的原理设计的，不过灯的亮灭次序与主干道有所不同：前30秒亮红灯，接着15秒亮绿灯，最后5秒亮黄灯。3.3.4 倒计时电路图5 倒计时电路图倒计时电路如图5所示。此部分电路仍由计数电路控制，这样可

9、以保证与灯控制电路的状态保持同步。由于倒计时要通过数码管显示出来，所以此部分电路用到了CD4511译码器。74LS193是双时钟4位二进制同步可逆计数器。74LS193的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端CPU和CPD，可作加计数，也可以作减计数。此外，74LS193还具有异步清零和异步预置数的功能。这里的倒计时用到了74LS193的减计数功能。图6 倒计时电路执行部分 倒计时电路的执行部分如图6所示。其中左边的74LS193（1）为高位，右边的74LS193（0）为低位。对于74LS193（0），运行时从0000开始倒数，然后到1111。这时，由于四个输出端口连接了一个4输入与非门，输出

10、0到74LS193（1）的DN时钟端和74LS193（0）的预置端PL，74LS193（0）置入了1001，也就是9，输出也为1001。此时与非门输出为1，相当于给了74LS193（1）的DN时钟端一个上升沿脉冲，使其输出的数减1。因此，1111是一个瞬时状态，74LS193（0）实现了从9到0的倒数功能。对于74LS193（1），则电路一开始运行时，计数电路给74LS193（1）的预置端PL加入一个低电平，则芯片置入0011这个数字，也就是3。电路从30开始倒计时，当倒数到0时，计数电路又给74LS193（1）的预置端加入一个低电平，这时芯片置入的是0010，也就是2。这时电路就从20开始倒

11、计时。以此循环反复，周期为50秒。当主干道亮绿灯、支干道亮红灯时，数码管显示30秒倒数；当主干道亮红灯灯、支干道亮绿灯时，数码管显示20秒倒数。4 实验数据、误差分析及结论我们所设计的电路在Proteus软件的仿真是成功的，说明电路原理是正确的。当然，那只是在软件环境中，而在现实环境下，由于电路的错综复杂，很可能会出现接线错误，也有可能电路受到周围环境的干扰而无法正常工作。一开始我们焊接完电路拿去调试的时候，就发现交通灯一直停在一个状态而没有切换。我们猜想，由于交通灯的状态是由计数电路控制的，很可能是电路的计数部分出现了问题。果然，经过检查发现，计数电路的某条线路接错了，结果导致计数电路没有计

12、数，所以交通灯就一直停在一个状态下。重新接好线路后，交通灯终于按照规定的次序进行绿灯、黄灯、红灯的循环切换。以下是交通灯转换数据的统计：表1 主干道交通灯转换数据绿黄 黄红 红绿正常 正常 正常表2 支干道交通灯转换数据红绿 绿黄 黄红其中，黄灯亮时是每秒钟闪亮一次。经检测，人行横道的红绿灯转换也正常，符合设计的要求。另外，调试中发现了另一个问题，就是倒计时部分的显示不太正常，虽然数码管的个位倒数正常，能从9到0，但是十位的倒数抖动的比较厉害。经过研究，我们决定加上一个电容来平波消抖。加上电容后，倒计时的显示完全正常了。当主干道亮绿灯时，数码管显示30秒倒数；当主干道亮红灯时，显示20秒倒数。

13、电路调试是成功的。5 课程设计的收获、体会和建议为期两周的电子线路综合设计，我们的收获和体会良多。通过这次课程设计，加强了我们思考和解决问题的能力以及动手实践的能力。平时在实验室做实验时有老师在现场指导，而这次课程的设计和焊接都是在宿舍进行的，要求我们有很强的自学能力。遇到不懂的问题除了向周围的同学请教外，还需要翻阅相关书籍、上网查找资料。在这个过程中，我们加深了对课本内容的理解，也扩展了自己的知识面，学到了很多平时没有接触到的东西。这两周的实习过程曲折可谓一语难尽。虽然电路的原理图在软件上仿真成功了，但在现实中运行却不那么顺利，因为软件仿真时的环境是理想化的，而现实中存在着很多不确定因素的干

14、扰。由于选择交通灯电路设计课题的人比较少，因此出现问题后也很难与他人比较找出原因。电路的调试过程是非常艰巨的，线路较复杂，仿佛每个地方都有可能出现异常状况。越是这样，我们越要细心，分主要模块进行测试，最后一定能找出原因，使电路正常运作。根据小组成员的特点，我们这样分配了各位成员的任务：XXX同学主要负责电路设计与软件仿真，XXX同学主要负责电路的焊接，XXX同学主要负责课程设计报告的撰写。当然，这三个过程都是很重要的，在进行每一个步骤时我们都在不断地交流各自的意见，更正错误。这次实习锻炼了我们团队合作的能力。“三人行，必有我师焉”，小组成员之间可以互相取长补短，共同合作，把课程设计的任务做好。

15、团队需要个人，个人也离不开团队，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。这一点是非常宝贵的。致 谢感谢学校给了我们这次弥足珍贵的锻炼机会，感谢老师们的指导！在组员们的努力下以及同学们的热情帮助下，我们得以最终设计出电路来，非常感谢在实习过程中帮助过我们的每一个人！ 在电路设计和论文写作的过程中，许多同学给我们提出了宝贵的建议，同时还给予热情的支持和帮助；在调试电路的过程中，也得到了老师们的热情指导，在此一并致以诚挚的谢意！参 考 文 献1康华光.电子技术基础数字部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006.225-3012电子技术试验.华南农业大学工程学院电工电子教研室.200

16、9.29-643康华光.电子技术基础模拟部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006.54-93图7 交通灯电路原理图附录二 元器件清单表表3 元器件清单表器件名称 数量 74LS193 5 CD4060 1 74LS27 4 74LS74 1 74LS04 2 74LS08 4 CD4511 2 74LS20 2 2位数码管 1 100电阻 3 22M电阻 1可调电容50pF 2晶振32768Hz 1发光二极管 10IC座14脚 13IC座16脚 8IC座24脚 1附录三 交通灯实物图图8 交通灯实物图如图8所示为交通灯实物图。其中，右上角的电源线用来连接5V电压和接地，在它左边是电源开关。中间部分是一个2位数码管，用于倒计时显示。右下角是交通灯显示部分，分别显示主干道和支干道的红绿灯。