交通灯控制器.docx

1、交通灯控制器 课程设计说明书课程设计名称： 数字电路课程设计 课程设计题目： 交通灯控制器 学 院 名 称： 电子信息工程学院 专业： 电子信息工程 班级： 090411 学号： 09041128 姓名： 全伟 评分： 教师： 20 11 年 9 月 6 日 脉冲数字电路 课程设计任务书20 10 20 11 学年 第 二 学期第 1 周 2 周 题目交通控制器内容及要求基本要求：1.增加自动夜间开关功能，黄灯亮(使用光敏三极管)2.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。主要元器件：555，74LS164, 74LS08，74LS04, 74LS32,

2、74LS74, LED灯组,4511进度安排1. 方案设计，绘制电路图并仿真（2天）2. 电路布线和焊接（2天）3. 电路的调试（3天） 4. 课程设计总结和报告（4天）学生姓名：全伟 09041128 林辉09041125指导时间: 2011年8月29日到9月7日指导地点： E 楼 606 室任务下达2011 年 8 月 29 日任务完成2011年 9 月 7 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师万在红 方霆系（部）主任陈琼注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

3、摘要在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行车安全，一般在每条道路上各有一组红，黄，绿交通信号灯。其中红灯亮表示该条路禁止通行。黄灯亮表示还为过这条道路上的停车线的车辆禁止通行。已过停车线的车辆继续通行。路灯亮表示这条路可以通行。交通灯控制电路自动控制十字路口的二组红，黄，绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。本文介绍了一款基于74系列芯片的交通灯控制电路的设计，根据指导老师要求的功能的设计思路，详细的叙述了我们从电路仿真到独立完整的设计电子电路的过程，并阐述了设计原理和各个部分的设计方法和实验要求的解决方法。利用74LS164和组合逻辑门来实现红

4、黄绿交通灯的转换功能，用LED信号灯组来代替交通灯来实现设计和观察。用秒脉冲信号来解决黄灯闪烁问题，利用74LS192和4511来实现计数功能，用数码管显示。该交通灯具有红黄绿装换功能，黄灯闪烁的基本功能等，还有一定的拓展功能，夜间自动转换功能和计数功能。关键词: 74系列芯片 秒脉冲信号 自动化 LED信号灯组 数码管显示 目录前言 4第一章设计任务 41.1设计要求 41.2系统的工作原理及原理框图 51.2.1工作原理 51.2.2交通灯控制系统的原理框图 61.2.3流程图 6第二章 电路设计方案及选择 72.1 方案比较 72.2 单元电路的设计 82.2.1脉冲产生电路 82.2.

5、2分频电路 92.2.3红黄绿灯转换控制电路 92.2.4驱动电路及数码显示 11第三章 实验、调试及测试结果与分析 12第四章 结论 12第五章 参考文献 13附录一 电路原理总图 14附录二 PCB版图 15附录三 制作图 16附录四 元件清单 17前言十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。交通灯控制系统虽然常见平凡，但其现实意义、经济效益重大。合理有效的交通灯控制系统能有效的减少“塞车”等交通问题，减少交警的工作压力，保证行客安全。交通信号灯控制方式很多。传统的交通灯控制电路一般由数字电路构成，电路复杂、体

6、积大、成本高，而且不利于管理与调配。采用自动控制交通灯不但可以解决上述问题，而且还具有实时调节功能、时间显示功能、语音提示功能等，非常方便。放眼当今世界领域自动化控制技术是实际运用最广泛，发展势头最强劲的一种技术之一。随着社会经济的发展，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。交通控制系统是用于交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的综合管理系统，它是现代交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着机动车量的不断增加，许多道路出现了交通超负荷运行的情况，如何采用合适的控制方法来解决，已成为迫在眉睫的问题。所以我们研究的课题还是会带来一定的效

7、果。第一章 设计任务1.1设计要求基本要求1) 用数字电路实现下面功能图1.1 交通灯控制器控制流程图2）增加夜间自动开关功能，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：74LS74，74LS00，74LS168，74LS248，74LS164，74LS081.2系统的工作原理及原理框图1.2.1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。秒脉冲发生器是产生秒信号为定时器和控制器提供标准时钟信号源，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

8、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，这可以把秒信号和作用信号用与门连接起来，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“30” 开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭而黄灯闪亮，持续6秒后。东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，计数器又从数字“30” 开始往下减，当减到“0”时，东西方向绿灯灭而黄灯闪亮，持续6秒后。又回到刚开始状态。1.2.2交通灯控制系统的原理框图图1.2.2交通灯控制

9、系统的原理框图图1.2.2中可以看出此次设计主要由4个大部分组成：1.脉冲产生电路。用555芯片构成的单稳多谐振荡器，根据公式f=1.44/(2R2+R1)C设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的约1.5秒的脉冲。（如要求所需，可再加一个555芯片构成的单稳多谐振荡器，产生时间为1秒的脉冲。）参数取值R1=69K,R2=690K,C=1UF.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1/2 74LS74芯片与秒脉冲连接产生4倍分频（既是6秒的脉冲）。3.总控制电路。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

10、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74LS48 BCD码七段译码器。显示器用共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS1921.2.3流程图 如图1.1所示。（1）南北向绿灯亮，东西向红灯亮。表示南北向车道上的车辆允许通行，东西向车道禁止通行。绿灯亮满规定的时间隔30S时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。（2）南北向黄灯亮，东西向红灯亮。表示南北向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西向车道禁止通行。黄灯亮

11、足规定时间间隔6S时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（3）南北向红灯亮，东西向黄灯亮。表示南北向车道禁止通行，东西向车道上的车辆允许通行绿灯亮满规定的时间间隔30S时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）南北向红灯亮，东西向黄灯亮。表示南北向车道禁止通行，东西向车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮满规定的时间间隔6S时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。 第二章 电路设计方案及选择2.1 方案比较方案一 用74LS74芯片选用D触发器组成的扭循环计数器,利用6个74LS74D触发器连接起来，构成一个扭循环计数器，来实现电

12、路，连接图如下图2.1.1。图2.1.1 用74LS74构成的扭环计数器方案二 用74ls164芯片选用74LS164八位移位寄存器组成扭环形计数器。利用其电路功能，连接好电路，如下图2.1.2所示，也可实现电路。方案比较：由图明显可以看出，方案一触发器较多且连线较多，给连接线和检查调试带来了更多的麻烦，而方案二，简单，联系少，且实现功能清楚，所以在这次课设中我选用了74LS164来实现电路。2.2 单元电路的设计2.2.1脉冲产生电路用555芯片构成的单稳多谐振荡器，根据公式f=1.44/(2R2+R1)C算出实验所需的约1.5秒的脉冲信号得R1=69K,R2 =690K,C=1UF.电路连

13、接图如图2.2.1 图2.2.1 脉冲产生电路图如图2.2.1秒脉冲产生器由555集成定时器和RC组成的多谐振荡器。555内部的比较器灵敏度较高，而且采用双差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响小其中2脚为触发输入，5脚为控制电压，6脚为阈值输入，7脚为放电端，8为电源，3为输出。本电路可通过设置R3、R2、C1的值来设置脉宽。此时时间约为1.5秒。2.2.2分频电路 图2.2.2 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6秒为单位时间,通过图2.2.2可以知道秒脉冲通过它之后产生了4倍分频即约6秒时间。2.2.3红

14、黄绿灯转换控制电路 图2.2.3红黄绿灯转换控制电路图 这个电路中包含了74LS164的连接方式和与不同逻辑门连接所构成的红黄绿灯的转换电路。其原理如下所述。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。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： t计数器输出南北方向东西方向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 NSG NSY NSREWG EWY EWR012345678910110 0 0 0 0 01 0 0

15、0 0 01 0 0 0 0 01 1 1 0 0 01 1 1 1 0 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 10 1 1 1 1 10 0 1 1 1 10 0 0 1 1 10 0 0 0 1 10 0 0 0 0 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 00 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0表2.2.3 扭环形计数器的状态表东西方向 绿： 黄： 红： 南北方向 绿： 黄： 红： 用74LS164八位移位寄存器引脚DSA,DSB

16、与引脚Q4,Q5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

17、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。2.2.4驱动电路及数码显示驱动电路由4511BD芯片组成，数码显示用七段共阴数码管中间接510欧姆的电阻，用来限流，防止烧坏数码管。利用74LS192的级联性质，在脉冲输入时开始置数，然后开始倒计时，由“30”减到“0”时，状态转换，置零，大约6秒过后，状态在次转换，计时

18、器在次置数，由“30”减到“0”，这样循环这。其中计数和驱动电路如下图： 图2.2.4 计数器驱动电路第三章 实验、调试及测试结果与分析总体来说，这个电路有点难度。刚开始连接完第一部分后，就出了很严重的问题，6个灯一起亮，感觉应该是接到电源上了，就仔细查了连接等的线，果真该路灯被短路直接接到电源了。改正后仍有四个灯同时亮，只是黄灯正常了而已。再经认真检查发现有两根线没有与7408的管脚连接上，改正此错误后指示灯能正常工作了。做完指示灯部分后，接着焊接倒计时显示部分。这部分电路比较好焊接，但是实验调试结果不理想。不能显示一个正常的倒计数，不随秒脉冲而变化，我们感觉应该是脉冲没有接好。经多次检查均

19、未果，于是我们又怀疑是74192有问题，但是换了一对芯片后还是一样。调试两天后，无奈，只有拿出一路数码管单独测试，用万用表检查各线路确保没有错误后接入电源发现只有乱码出现，还是达不到预期效果。连最简单的置数都出不来，无奈时间不够，只好放弃。没有完成提高部分，真是一大遗憾！第四章 结论通过这次课程设计，我感到我收获了很多东西。首先在仿真软件上可以仿真出来的，在实践中不一定能够做出来。还是要从实际出发，让我知道实践的重要性。我对自己在数字电子方面的能力有了更客观的评价，特别是分析和设计逻辑组合电路。整个设计过程中，我通过查找资料、分析电路、选择合适实用的元器件，尽量使电路完善。由此培养了我的科学严

20、谨的学习态度，使我认识到不管做任何事都不要有侥幸心理，一定要踏踏实实的做好。此外，对各种电子类设计的计算机辅助工具有了更深一步的接触，熟练了一些EDA软件，如PROTEL及EWB的操作。熟悉使用了74LS192和74LS164等芯片。同时也使我看到了自己专业的发展前景，增强了自信心，增强了学习兴趣。同时也让我领略到电子技术科学知识领域的广袤，学到了很多课堂上学不到的东西，也遇到了各种各样从没想过的问题，并认真的解决了部分问题。有些遗憾的是显示部分并未如愿，也是鉴于知识水平和实践经验不足。通过这次课设，让我觉得自己是多么的无知，因此我会更加努力学校我们的专业知识，多上网查找自己不懂的原件，使用方

21、法，充实自己，让自己在未来的挑战中掌握主动。第五章 参考文献1康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社，19802谢自美.电子线路设计实验测试 .武昌：华中理工大学出版社，19943 中国集成电路大全编委会.高速CMOS电路J.北京：国防工业出版社，19954 王伯雄.测试技术基础. 北京：高等教育出版社，20035 焦宝文.电子技术基础课程设计指南. 北京：清华大学出版社，19886张清战.电子技术基础实训.北京：科学出版社，19947朱承高.电工及电子技术手册.北京：高等教育出版社，19908 阎有运.电工电子实践系列教程.徐州：中国矿业大学出版社，2000附录一 电路原理总图 图一 电路原理总图附录二 PCB版图 图二 PCB版图附录三 制作图 图三 南北绿灯亮东西红灯亮 图四 南北黄灯亮东西红灯亮 图五 南北红灯亮东西绿灯亮 图六 夜间黄灯闪烁 附录四 元件清单七段共阴数码管两个LED灯六个双刀双掷开关三个510电阻二十一个1M电位器两个10K电阻三个光敏三极管一个555芯片一个74LS00芯片一个74LS04芯片一个74LS74芯片一个74LS164芯片一个74LS08芯片三个74LS32芯片一个74LS192芯片两个4511BD芯片两个0.1uf电容一个10nf电容一个表一 原件清单