《数字电路交通信号灯设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路交通信号灯设计（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1目 录一、 摘要二、 设计任务及要求三、 系统设计四、 单元电路设计1、 状态控制电路2、 时钟脉冲产生3、 电路信号灯显示电路4、 时间显示控制电路5、 总体电路五、 结论六、 总结体会12一、 摘要如今，交通信号灯对于城市来说，有多么重要呢?只要我们想象一下，如果没有了交通信号灯，那么，城市的交通将会如何?陷入瘫痪，交通事故频发等 因此，道路交通控制的必要性是非常值得我们关注的。 解决这一问题通常有两种办法，一种是修路造桥，这对道路交通状况的改善是一种最直接的办法，但它需要巨额的投资，且在城市中心区受拆迁的限制，很难实施。 另一种是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
2、道路的通行能力，大量事实已经证明这种方法的有效性。 现代道路交通的复杂多样，常常是几个或几十个甚至是成百上千个路口互相关联，在这种情况下，使任何一个经验丰富的交通警察都无能为力.因此，人们越来越关注把先进的科学技术用于交通管理，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。 交通信号灯存在的目的就是为了在确定的行政规定约束下，采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。围绕这一目的研制出的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突，同时平稳地、有规则地运动。13二、 设计任务及要求设计一
3、个十字路口的交通信号灯控制器基本要求：1. 能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。2. 能实现正常的倒计时功能用两组数码管作为东西和南北方向的倒计时显示，主干道每次放行（绿灯）60 秒，支干道每次放行（绿灯）45 秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯 5 秒作为过渡。3. 能实现总体清零功能：按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。4. 电源：220V/50HZ 的工频交流电供电。5. 按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim 进行仿真，撰写设计报告。三、系统的
4、设计工作原理说明：系统主要由控制器、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。14四、 单元电路设计：1.交通灯的控制逻辑如下：状 态 主 道 支 路 时 间00 绿灯亮，允许通行 红灯亮，禁止通行 60 S01 黄灯亮，停车 红灯亮，禁止通行 5 S11 红灯亮，禁止通行 绿灯亮，允许通行 45 S10 红灯亮，禁止通行 黄灯亮，停车 5 S交通灯的这 4 种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为 0
5、0、01、11、10，并分别用S0、 S1、S3 、S2 表示，则控制器的工作状态及工作流程如下所示：60 秒未到，S0 状态（主道绿灯亮，支道红灯亮） ；60 秒到转入 S1 状态（主道黄灯亮，支道红灯亮） ；5 秒后，进入 S2 状态（主道红灯亮，支道绿灯亮） ；45 秒后，进入 S3 状态（主到红灯亮，支道黄灯亮） ；5 秒后，回到 S0 状态，进入下一循环状态。控制器应送出主道（R、Y、G）和支道（r、y、g）红黄绿灯的控制信号。使用 74LS161 芯片做主控制电路，电路图如下152.时钟脉冲电路通过 555定时器按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生期不同的方波脉冲，即不同的频率
6、脉冲。课程设计需要秒脉冲，经分析，因为 当电容充电时，暂稳态持续时间 T1=0。 7（ R1+R2） C当电容放电时，暂稳态持续时间 T2=0。 7R2 C；经计算，选择合适的电阻和电容，则脉冲产生电路图如下：3.信号 灯显示电路红绿灯显示也是表示电路所处状态，其必然与主控电路的状态一一对应，受到主控电路控制，即主控电路的输出（ Q1A 和 Q2B）决定了主、支干道的红绿灯的亮灭情况。若亮用 1 表示，那么灭用 0 表示，则有：B A 主红 (R) 主黄 (Y) 主绿 (G) 支红 (r) 支黄 (y) 支绿 (g)0 0 0 0 1 1 0 00 1 0 1 0 1 0 01 0 1 0 0
7、 0 0 11 1 1 0 0 0 1 0所以，R= Y= G=BABAR = y=AB g= 16这部分电路选用 74LS139（双 2 线 4 线译码器） ， G 接地时实现所需功能，其中 A 接74LS139芯片的 Q1， B 接 Q2；又因为 74LS161芯片的 D2=A！ B+AB！，所以红灯 G 可直接接D2， r 接 D2！；以上两个表对比可得：G=Y1！ Y=Y2！ g =Y3！ y =Y0！则红绿灯显示电路图如下：4. 时间显示器控制电路A）计数器设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出限于实验室器材本人采用两个 74LS161（同步计数器）完成计时器
8、状态产生模块设计。其功能状态表如下：要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过 10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。计数器能够完成计时功能，我们可以用 74LS161设计，并把它的时钟 cp接秒脉冲， CR接高位，以便实现计数和保持功能。 74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在 74LS161输出的信号必须经过部分处理后，然后接入数码管的驱动 74LS48，而在显示是最好以人们习惯的数字 0-9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有17效状态时，我以 0000， 0001， 0010-1111这些状态中靠后的状态为有效状态。例如：有效状态 110011
9、0111101111取非 0011001000010000即 3 2 1 0实现模 4的倒计时。要把 74LS161改装成其他模值时既可以采用同步清零法，也可采用异步置数法，但 0000不可能为有效状态，所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。1）对控制个位输出的 74LS161设计按要求对系统的状态不同，即红绿灯的状态不同，个位的进制也就要求不同。我利用系统的状态量 A,B控制 74LS161的置数端 D0 D1 D2 D3。当系统处在Gr或 Rg状态时，个位的进制是十（模 10） ，即逢十进一，为了方便起见当系统处在 Yr或 Ry状态时，个位的进制也是 10，即逢十进一，模 10时，有效
10、状态为 0110， 0111， 1000， -1111，置 D3 D2 D1 D0为 0110，由此有：A B D3 D2 D1 D00 0 0 1 1 00 1 1 0 1 11 0 0 1 1 01 1 1 0 1 118由上表可得：D1接高位， D0=D3=A！，所以接 74LS161芯片的输出 Q1， D2=D0！，可接 Q1！；同时为了正常计数， ENT和 ENP都接高电位；当状态为 1111时， 74LS161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为 1，我们可以把它的 RCO非接入置数端 LOAD。2）对控制十位输出的 74LS161设计同设计控制个位输出的 74LS161基
11、本类似，经分析其状态表如下：A B D3 D2 D1 D00 0 1 1 0 10 1 1 1 1 11 0 1 1 1 01 1 1 1 1 1则有 D3和 D2均接高电位，经分析计算 D1=A！ +B！， D0=A！ +B；这样给加法器接入输入，从二进制数表示的十进制数 6依次增加到 15，经过非门后则可对应实现十进制数的 9到 0的倒计时。3）对两个 161芯片级联的处理19当计数超过 10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，我通过控制十位的 LOAD端实现这一功能，把个位的 ENT和 ENP的非接入十位的 LOAD；当个位需进位，即完成一次循环， RCO为 1，则
12、CTt2=CTp2=1,十位开始计数，其他时刻 CO1=0,则 CTt2=0,CTp2=1，十位保持；当灯亮的状态转入下一状态时，个位和十位都必须清零，重新开始计数，这一功能我们通过个位的 LOAD端来实现， LOAD=（ RCO高 RCO低）！设计时把个位的 LOAD的非（即两个 RCO的与门）连入主控电路 74LS74的CP，当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时 CO1=CO2=0,（其它时刻为 1） cp出现一下降沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，红绿灯转换，计时器开始下一次计时。B）译码器和数字显示管我们选用 74LS48七段译码器来实现次项功能，由其功能状态表可知， LT
13、 和 RBI及 BI/RBO都接高时，才能实现正常的七段数字输出功能，其输入端 A B C D 分别接 74LS48的输出 QO Q1 Q2 Q3的非门输出；输出 FE ABCD 分别接入对应的数字显示管的各个管脚；数字显示管的 3管脚和 8管脚都接地， 5管脚悬空；将 74LS48的 LT接高时，可用来检测显示管是否损坏，若此时显示数字 8则为完好电路，否则有故障，应检查修复。这样将电路连好，就可实现 59-00-04-00-44-00-04-59 的数字倒计时显示循环。这部分倒计时数字显示电路图如下：1105.总体电路图4 结论仿 真 结 果 分 析 得 ， 当 整 个 系 统 在 第 一
14、 状 态 时 主 干 道 绿 灯 亮 ，支 干 道 红 灯 亮 ， 此 时 给 两 个 计 数 器 置 数 ， 绿 灯 60S， 红 灯 45S。当 主 干 道 计 数 结 束 时 ， 给 主 干 道 的 控 制 器 一 个 脉 冲 ， 使 它 进 入 第二 状 态 ， 即 黄 灯 亮 ， 并 给 计 数 器 置 数 ， 当 黄 灯 计 数 结 束 时 ， 支 干道 的 红 灯 也 计 数 结 束 。 则 主 干 道 进 入 第 三 状 态 ， 即 红 灯 亮 。 而 支干 道 即 绿 灯 亮 。 支 干 道 计 数 结 束 后 ， 进 入 第 四 状 态 ， 即 黄 灯 亮 。当 黄 灯 计
15、 数 结 束 后 ， 主 、 支 干 道 同 时 又 进 入 第 一 状 态 ， 即 主 干 道绿 灯 亮 ， 支 干 道 红 灯 亮 ， 便 进 入 了 下 一 循 环 。 此 结 果 与 预 期 设 计结 果 完 全 吻 合 ， 即 达 到 了 要 求 。5 总结体会这次为期两个星期的电子课程设计，让我受益匪浅。不仅让我更好的熟悉和使用 Multisim 软件，更加深了我对数字电路原理的理111解。另外，我更切身体验到做事与做学问的区别，团队团结一致共同克服困难的氛围和做实验要严谨的准则让我对以后的工作学习有了新的展望。这次课程设计我深刻意识到细心的重要性。也许是第一次做数电课程设计，难免
16、会遇到各种各样的问题，而且我深刻的认识到在设计的过程中自己的不足之处，对以前所学过的知识认识得不够深刻，掌握得不够牢固，理解的不够透彻。总体来说,这次实习使我受益匪浅。在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程,培养了我的设计思维, 增强了实际操作能力。如果不能认真谨慎的工作，我们的设计不会达到预期的效果。还有不论遇到什么困难，不要对自己失去信心。在以后我要更加努力学习，培养自己独立思考的能力，弥补自身的不足，提高自己的综合素质。虽 然 关 于 这 些 器 件 的 知 识 很 简 单 ， 但 能 真 正 的 将 它 应 用 起 来却 很 难 。 学 习 数 电 ， 我 们 不 仅 学 习 各 个 器 件 的
