《交通信号灯课程设计资料报告材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号灯课程设计资料报告材料（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、文档目录1.前言32总体方案设计4方案论证与比拟42.2 方案的选择63单元模块设计7各单元模块功能介绍与电路设计73.1.1 秒脉冲发生器73.1.2 定时器73.1.3 控制器93.1.4 译码电路11显示电路113.1.6 总原理图123.2 特殊器件的介绍133.2.1 74LS160133.2.2 74LS153143.2.3 74LS74153.2.4 CD4511163.2.5 NE555174系统调试195系统功能、原件20系统能实现的功能20主要元件206结论217总结与体会228致239参考文献24附录：25在城镇街道的十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路
2、上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通信号灯控制器自动控制十字路口两组红、黄、绿交通信号灯的状态转换，指挥主、从干道上各种车辆和行人的安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。自从交通信号灯产生后其部控制电路几经完善使其更加合理与人性化，科技含量不断提高，各种新型算法的诞生使得控制理论向着智能化方向迈进，前人的根底上给信号控制器的进一步开展提供了宽阔的平台与一定的技术根底。该设计是利用数字电路实现对交通灯的控制，可以提高其时间上的准确度与抗干扰能力，提出使交通灯控制
3、电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法，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。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为根底来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。设计要求：1.两干道路灯亮的时间同为25秒；2.每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；3.分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯；4.设计计时显示电路。实验设计由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路组成。其中秒脉冲发生器由NE555产生脉冲，定时器由74LS160实现，控制器由74LS153和74LS74组成，译码电
4、路采用CD4511和七段数码管来显示。控制器通过ST信号对定时器进展控制，从而显示红黄绿灯的转换。设计过程中参考了一些相关文献，包括电子技术根底，电子技术课程设计实用教程，与西华大学图书馆相关藏书。本实验用portues7.8软件仿真实现。由于所学知识有限，设计中难免出现错误，请教师批评指正。2总体方案设计方案一 用数电电子技术来实现交通灯控制交通灯控制系统的原理框图如如下图。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等局部组成。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局部，由它控制定时器和译码器
5、的工作。图中： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否如此，TL=0。 TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否如此，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。图2.1 系统的原理框图交通灯控制器的ASM 如图1-3所示1甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。 2乙车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆
6、继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 3甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 4甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第1种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进展控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S
7、3、S2表示，如此控制器的工作状态与功能如表1、2所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：表2.1 系统状态表控制状态信号灯状态车道运行状态S000甲绿、乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S101甲黄、乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S311甲红、乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行S210甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行AG=1甲车道绿灯亮甲车道通行BG=1乙车道绿灯亮乙车道通行AY=1甲车道黄灯亮甲车道缓行BY=1乙车道黄灯亮乙车道缓行AR=1甲车道红灯亮甲车道禁止通行BY=1乙车道红灯亮乙车道禁止通行由此得到交通灯的ASM图
8、，如 图1-3所示。设控制器的初始状态为S0用状态框表示S0，当S0的持续时间小于25秒时，TL=0用判断框表示TL，控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST用条件输出框表示ST，并转换到下一个工作状态。图1-3 交通灯的ASM图方案二 用单片机技术来实现交通灯控制用单片机技术来来实现交通灯控制非常容易实现，过程简单，用到的器件较少，并且控制信号稳定。但是单片机编程叫复杂，要求有一定单片机编程根底。2.2 方案的选择 方案一与方案二比拟之后，由于本人单片机根底薄弱，编程不易实现，而方案一相交而言容易实现，且能很好的运用所学数电知识，因此选择方案
9、一。3单元模块设计3.1.1 秒脉冲发生器秒脉冲发生器由NE555电路与外围电路组成，其中R8=28K、R9=57K,C2=1nF的电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R8+2R9)C2ln2当T=1S，即可凑出R8、R9、C3其中C3=9uF是为了保持输出的波形的稳定。如图3.1.1所示， R9=57K、C3=9uF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555部的比拟器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。 图3.1.1 秒脉冲发生器3.1.2 定时器定时器由与系统秒脉冲由时钟脉冲产
10、生器提供同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进展增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS160进展设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160功能表如表所示。表中RD是低电平有效的同步清零输入端，LD是低电平有效才同步并行置数控制端，EP、ET是计 图1-3 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。设计如图3.1.2 表 3.1.2 74LS160功能表CLK RD LD
11、EP ET工作状态XXX01111X0111 X X X X 0 1 X 0 1 1置零预置数 保持保持C=0 计数图3.1.2 定时器其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。如如下图：输入端分别接地.。U1的7和10由U2的11、14经过与门相与后相连。.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲。当U13C74LS04的ST信号分别送给U1和U2的LOAD。就可以得到TY和TY非是秒脉冲的5倍；TL和TL非的结果是秒脉冲的25倍。3.1.3 控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规如此控制信号灯工作状
12、态的转换。列出控制器的状态转换表，如表3.1.3所示。选用两个D触发器74LS74做为时序存放器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，如此控制器保持在00状态；如果，如此控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数
13、据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器原理图如图3.1.3所示。图中R、C构成上电复位电路。由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。 图3.1.3 控制器由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLK脉冲，一局部送给了定时器的74LS160芯片，另一局部送给了控制器的74LS74芯片。在脉冲ST同时加到定时器74LS160芯片的情况下，通过芯片74LS10将会输出TY、TY非；TL、TL非。即TY和T
14、Y非放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25倍。前者输出的信号是后者的1/5。将定时器输出的TY。TY非；TL。TL非分别作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出上下变化的电平。 3.1.4 译码电路控制器中的信号在送给由芯片74LS08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如图3图3.1.4 译码电路图 3.1.5 显示电路3.1.6 总原理图电路总原理图如如如下图：图3.1.6 总原理图3.2 特殊器件的介绍3.2.1 74LS16074LS160为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160和54/74LS160两种线路结构型式。160的去除端是异步的。当去除端/MR为低电平时，不管时钟端C盘状态如何，即可完成去除功能。160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入
