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1、内江师范学院本科毕业设计 i 目目 录录 1 引 言1 2 设计目的和要求2 3 设计方案的比较和选定3 4 系统方框图4 5 电路工作原理.5 6 电路设计.6 6.1 555 定时器构成的秒脉冲信号发生器.6 6.1.1 555 定时器的引脚6 6.1.2 555 定时器工作原理7 6.1.3 秒脉冲信号发生器8 6.2 定时器电路.8 6.2.1 定时器的作用8 6.2.2 定时器的构成9 6.3 控制器电路.11 6.4 译码器.12 7 系统总电路图15 8 总结.16 参考文献.17 致 谢.18 附录.20 内江师范学院本科毕业设计 ii 摘 要 随着社会不断的发展，人民的生活水
2、平不断的提高，汽车已经成为人们生活必不可 少的一部分,伴随而来的是日趋复杂的交通问题。日趋复杂的交通指挥系统仅靠人力来 完成是远远不够的，这就需要设计一个简单有效的交通灯控制系统来完成这些复杂的工 作，从而使城市交通系统有序，安全地运行。交通灯控制系统的出现是社会发展下的必 然产物，在城市道路系统中占有举足轻重的地位，它直接影响到城市的通车质量。所以， 一个简单有效的交通灯控制系统对一个城市的发展具有巨大的意义。本电路也正是基于 前人设计的基础上进行改进，全部由数字电路组成，比以前的方案更为精确。 关键词关键词：汽车；交通问题；交通灯控制系统；发展；数电 内江师范学院本科毕业设计 iii Ab
3、stract With the development of the society, peoples living standard continues to improve, the automobile has been an integral part of peoples life, together with the increasingly complex traffic problem. It is far from enough to manage the increasingly complex command system just depend on human, it
4、 requires a simple but effective traffic lights command system to complete these complex work, which makes the urban transport system work in order and safety. So, a simple but effective traffic lights command system means a lot to the growth of a city . Therefore, many designer have worked out a lo
5、t of programs, most are traffic lights. This circuit develop on the predecessors programs, all made up of digital circuit, which is more accurate than forever. Key words: automobile; traffic problem; traffic lights command system; develop; digital circuit 内江师范学院本科毕业设计 0 1 引 言 中国最早的马路红绿灯，是于 1908 年出现在
6、上海的英租界。从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯 在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。 当前，大量的交通信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三 者关系的协调方向发展。随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市 发展的一大因素，城市交通问题越来越引起人们的关注。因此,有许多设计工作者为改 善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计 的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。 交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提
7、高道路通行能力， 减少交通事故有明显效果。随着中国加入，我们不但要在经济、文化、科技等各WTO 方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路” ，但路 修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组 成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，城市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。 城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合 管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的 不断增加，许多大城市如北京、上海、
8、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾 有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和 控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定 了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以， 如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道 与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟 待解决的主要问题。以下就交通灯控制系统的电路原理、设计等问题来进行具体分析讨 论。
9、内江师范学院本科毕业设计 1 2 设计目的和要求 利用所学数字电路等知识，设计简单交通灯控制电路。在由主干道和一支干道汇合 形成的十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每一个入口处设置 红、黄、绿三色信号灯。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 有时间停靠在禁止线外，以此实现红绿灯对城市交通的自动指挥。要求如下： (1) 用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计由一个主干道和一个支干道形 成的十字路口的交通灯控制系统。 (2) 当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主 干道亮红灯。 内江师范学院本科毕业设计 2 3设计方案的比较和
10、选定 设计方案一： 本设计为交通灯系统。首先考虑设计秒脉冲发生器，常见的是使用 555 定时器和 一些分立元件组合设计，使其产生 1Hz 的方波信号，作为后面电路的时钟触发信号； 其次是计时器的设计，使用两片 74LS163 级联组成 25 进制的计数器；系统的主控制电 路是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态，使用 74LS153D 数据选择器和 7474N 触发器组成主控电路；最后是译码输出，选择使用灯显示。LED 设计方案二： 首先是秒脉冲的设计，由完全的分立元件组成，要使用变压器，放大器，运算器 等器件；计时器的设计，使用 74LS163 级联组成 25 进制的计数器，由前级的秒脉冲信
11、 号作为触发信号；主控制电路的设计，使用分立元件和集成电路的组合实现。 方案的比较： 通过以上方案的比较，方案一更适合。 内江师范学院本科毕业设计 3 4 系统方框图 控制系统主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码器和显示器等部分组成，如 图 1 所示。 图图1 系统原理方框图系统原理方框图 秒脉冲 发生器 控制器 译码器 主干道 信号灯 支干道 信号灯 定时器 内江师范学院本科毕业设计 4 5 电路工作原理 十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。如图 2 所示，十字路口中， 主干道和支干道都设置了红、黄、绿三色交通信号灯，红灯停，绿灯行。十字路口的车 辆运行情况有 4 种可能：
12、(1)设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主干道绿灯和支干道红灯亮， 持续时间为 25s； (2) 25s 后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主干道黄灯和支干道红灯亮， 持续时间为 5s； (3) 5s 后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主干道红灯和支干道绿灯亮， 持续时间为 25s； (4) 25s 后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主干道红灯和支干道黄灯亮， 持续时间为 5s。5s 后又回到第一种情况，如此循环反复。在这两个黄灯的 5 秒内，越 过停车线的车辆可以继续前进。 图图 2 十字路口示意图十字路口示意图 设计使用 555 定时器作为秒脉冲发生电路，调
13、节的大小可以使电路输出 1Hz 的C 脉冲信号，并以此脉冲信号输出作为后级电路的触发信号。因要求车道通行时间为 25 秒，黄灯亮 5 秒，所以使用两片 74LS163 级联作为电路的计时器电路，74LS163 是二 进制同步计数器，两片级联可以构成 25 进制的计数器。当计数至 5 秒和 25 秒时选择 输出信号，作为主控制电路的计数时间，主控制电路使用数据选择器和触发器根据不 同的信号控制要求进行连接，控制输出信号经过译码器再接灯，显示不同的交通LED 信号。 内江师范学院本科毕业设计 5 6 电路设计 6.1 555 定时器构成的秒脉冲信号发生器 6.1.1 555 定时器的引脚 555
14、定时器内部含有一个基本触发器，两个电压比较器、,一个输出缓冲RS1C2C 器，一个放电三极管和由三个 5K 的电阻组成的分配器， 。比较器的参考电压为3GT1C ，加在同相输入端；的参考电压为，加在反相输入端，两者均由分配器上 3 2 CC V 2C 3 CC V 取得。555 定时器的内部电路图和引脚排列图如下所示。 图图 3 555 的内部电路图的内部电路图 图图 4 555 定时器引脚排列图定时器引脚排列图 内江师范学院本科毕业设计 6 555 定时器 8 个引线端的用途如下： 1 端：接地线； 2 端：低电平触发端，也称为触发输入端。当 2 端的输入高电压高于时，C2 输 3 CC V
15、 出为 1；当输入电压低于时，C2 的输出为 0，使基本触发器置 1； 3 CC V 3 端：输出端； 0 U 4 端：复位端，当=0 时，基本触发器直接置 0，使=0，=1；RQQ 5 端：电压控制端，如果端另加控制电压，则可以改变，的参考电压。 UCO1C2C 工作中不使用 端时，一般都通过一个 0.01uF 的电容接地，以防旁路干扰；CO 6 端：放电端。当基本触发器的=1 时，放电晶体管导通，外接电容元件通过QT 放电；T 7 端：高电平触发端，当输入电压低于时，的输出为 1；当输入电压高于 3 2 CC V 1C 时，的输出为 0，使基本触发器置 0，即=0，=1，这时定时器输出=0
16、； 3 2 CC V 1C 0 QQ 0 U 8 端：电源端，可在 4.3-1.6v 范围内使用，若为电路，则=3-18v。CMOS CC V 6.1.2 555 定时器工作原理 接通电后，定时器经过电阻和对电容充电，当上升略高于时，比 1 R 2 RC C u CC U 3 2 较器的输出为“0” ，将触发器置“0” ，为“0” 。这时， 1，放电管导通，电 1 C o uQT 容通过和放电，下降。当下降略低于时，比较器的输出为“0” ，C 2 RT C u C u CC U 3 1 2 C 将触发器置“1” ，又由“0”变为“1” 。由于0，放电管截止，又经过和 o uQT CC U 1 R 对电容充电。如此重复上述过程，为连续的矩形波。 2 RC o u 第一个暂稳状态的脉冲宽度，即从充电上升到所需的时间 p1 t C u CC U 3 1 CC U 3 2 (1)CR0.7(R)Cln2R (Rt 2121p1 第二个暂稳状态的脉冲宽度，即从放电下降到所需的时间： 2 tp C u CC U 3 2 CC U 3 1 (2)CRCR 22p2 7 .
