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1、摘 要摘 要随着我国国民经济的快速发展，我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，交通拥挤和堵塞现象时常出现。如何利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是很值得研究的一个课题。目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯加上一个倒计时的显示器来控制行车。本文分析了现代城市交通信号灯控制与管理的不合理性，进而提出一款更具人性化、智能化的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。本系统采用555触发器为中心器件产生振荡电路来设计交通灯控制器，通过振荡产生信号波，经过4024加法器确定64S为一个周期。最
2、后通过193减法器与4511驱动器实现对数码管的控制，达到预期效果。最后通过Altium designer和Multisim仿真说明了系统制作过程与调试结果。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。关键词：交通灯 555触发器 Multisim仿真ABSTRACTWith the rapid development of national economy in China, motor vehicles in our country has developed rapidly, and urban road construction relative lag, d
3、ue to various reasons such as history and heavy traffic jam phenomenon often appear. How to make use of the computer and automatic control technology, the traffic effectively, improve the urban traffic intersection traffic capacity, reduce the number of traffic accidents is a topic worth studying. A
4、t present, the domestic general is located in the intersection, traffic lights in the striking position with red, green and yellow lights with a countdown display to control the traffic. This paper analyzes the modern urban traffic signal control and management of irrationality, put forward a more h
5、umane, intelligent urban traffic light control system hardware circuit design. The system adopts 555 trigger device generate oscillation circuit to design a traffic light controller for the center, through the oscillation signal wave, after 4024 adder sure 64 s as a cycle. At last, through 193 subtr
6、acter and 4511 drive control system for the digital tube, to achieve the desired effect. Finally, Altium designer and Multisim simulation illustrates the system process and the result of debugging. This system design cycle is short, high reliability, strong practicability, simple operation, convenie
7、nt maintenance, strong extended functionality. Key words: traffic lights 555 trigger Multisim simulation 1目 录目 录第1章 引言11.1 选题背景.11.2 研究目标和意义11.3 主要工作.1第2章设计框图与具体方案32.1设计方案3第3章电路原理图与仿真图53.1 时钟脉冲的设计53.1.1 555触发器.53.1.2 555振荡器.63.2 计数功能电路的设计93.2.1 加法器的设计93.2.2 减法器的设计133.3 译码功能的设计143.3.1 译码：七段译码器/驱动器74L
8、S48143.3.2 译码功能：四线-七段译码器4511153.4显示电路的设计153.4.1 数码管153.4.2 发光二极管163.5仿真软件及仿真173.5.1 仿真软件Multisim介绍173.5.2 仿真结果19第4章电路板的设计214.1 电路设计软件Altium designer介绍214.2电路原理图224.3PCB的设计244.3.1 PCB的布线规则244.3.2 PCB的设计27第5章电路板的制作与调试285.1电路板的调试285.2电路板的测试29第6章心得体会31设计资料及参考文献32致谢331第1章 引言第1章 引言1.1 选题背景交通是城市经济活动的命脉，对城市
9、经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。汽车现已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。汽车在给人们带来便利的同时，也带来了一系列令人困惑的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频繁发生，给人们的生命和财产带来了很大的损失。城市交通问题困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通有效控制的意识越来越强烈。城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。其目标在于改善交通流的质量，更好的利用现有运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性。1.2 研究目标和意义随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中
10、交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的问题，城市交通事故、交通堵塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，即大量修筑道路基础设施的办法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的资源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他办法来满足日益增长的交通需求。在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力正是解决这一矛盾
11、的途径之一，大量事实已经证明这种方法的有效性。当然，解决该问题最有效的方法是增加道路建设，但由于资金及城市空间的限制，该方法又出现诸多难处。因此，在有效道路的前提下，提高交通控制和管理水平，合理使用现有的交通设施，充分发挥其能力，是解决交通问题有效方法之一。1.3 主要工作本次设计决定使用数字电路中的器件与逻辑电路完成。其中包括555触发器、七位二级制加法计数器4024，十进制减法计数器74LS193，4511驱动器等器件来完成相关工作。画图软件使用Altium designer画出原理图和PCB，最后通过Multisim仿真来查看是否到达预期要求。具体设计要求如下设计一个交通灯控制器，它的一
12、个周期64秒，平均分配，前32秒红灯亮，后32秒绿灯亮。在红灯亮的期间的后8秒与红灯在一起的黄灯闪烁；在绿灯亮的期间的后8秒与绿灯在一起的黄灯闪烁；在黄灯闪烁期间，数码管同时倒计时显示，在此期间外，数码管不亮。1第2章 设计框图与具体方案第2章 设计框图与具体方案2.1 设计方案通过查阅相关资料，发现有三种方法可以达到预期效果：第一种：通过编写汇编语言程序来完成交通灯控制器的设计与实现。利用汇编语言程序中的8255A的A口 和B口对灯的亮与灭进行控制。首先，要了解的是8255A是如何工作的，包括它的A口、B口、C口和控制端口是如何写数据的，频率为2.5MHz，所以没10ms中断一次。利用CX对
13、不同的状态时间计数，用来实现计数器对设计要求的定时。中断子程序分为数码管显示刷新部分和红绿黄灯各个状态切换部分。每进入中断即刷新LED显示。用对于东西车道黄灯闪烁利用标志位判断实现，满足比较条件就暗，不满足条件就 亮。第二种：运用FPGA实现交通灯控制器。采用自顶向下设计，将此设计分为2个模块：计时模块（计时模块包括秒模块，分钟模块和小时模块），控制模块。将两个模块分别用VHDL语言编写成。采用自定向下的设计方法的有点事显而易见的。由于整个设计师从系统顶层开始的，结合模拟手段，可以从一开始就掌握所实现系统的性能状况，结合应用领域的具体要求，在此时就调整设计方案，进行性能优化或者折中取舍。随着设
14、计层次向下进行，系统性能参数将得到进一步的细化与确认，保证设计结果的正确性。相对于前两种方法，第三种方法既能实现预期功能，同时又不必像前两种方法那样复杂，不需要通过编程来实现目标。从真正意义上做到了用最简单的电路和器件，完成最实用的功能。本次设计就是采用的第三种方法，具体设计方案如下：第三种：利用数字电路原理通过纯硬件来完成交通灯控制电路的设计。一个555脉冲振荡器，一个七位二进制加法计数器4024，一个十进制减法计数器可逆可预置十进制计数器74LS193，驱动器4511，发光二极管，数码管。红灯与绿灯以及黄灯是否亮是由二进制加法计数器的输出端状态来决定的，因此，设计一个组合逻辑电路，它的输入
15、信号就是二进制加法计数器的输出信号，它的输出就是发光二极管的控制信号。因此，需要一个组合逻辑电路，六个发光二极管（两个红色发光二极管，两个绿色发光二极管，两个黄色发光二极管）电路，一个数码管显示电路。如图2-1所示：555脉冲振荡器193计数器4024计数器4511驱动器组合逻辑电路数码管发光二极管图2-1 设计框图1第3章 电路原理图与仿真图第3章 电路原理图与仿真图3.1 时钟脉冲的设计3.1.1 555触发器555定时器是一块常用的集成电路，电路符号如图3-1示：图3-1 555定时器8为电源端VCC，1为公共端GND。所加电源电压范围：4.5VVcc18V,最大输出电流200mA内部电路原理图如图2-3示，内部有三个相同的分压电阻，每个电阻上的电压都为1/3Vcc。两个比较器C1和C2，C1的比较电压为3/2Vcc，C2的比较
