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1、word前 言现如今,随着人口和汽车的日益增长,城市交通日益拥挤,人们的安全问题也日益重要。因此,红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用于十字路口,用来控制车的流量,提高交叉口车辆的通行能力,减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来,其部的电路控制系统就不断的被改良,设计方法也开始多种多样,从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来,随着电子与计算机技术的飞速开展,电子电路分析和设计方法有了很大的改良,电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术根底。本设计通过
2、采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制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。设计任务与要求设计一个十字路口的交通灯定时控制系统,根本要求如下:1甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。2每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。3黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。4十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作
3、减计数;5要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s任意设定。本设计由王宇同学完成。由于所学知识有限,设计中难免出现错误,请教师批评指正。目 录第一章 设计任务与设计目的 1第二章 系统概述 22.1 系统概述22.2 交通灯逻辑分析2 2第三章 单元电路设计与分析 5秒脉冲信号发生器的设计 5 53.3 控制器的设计63.4 显示电路的设计9第四章 综述与心得体会 104.1 系统综述104.2 总结与心得体会10附录 12附录一 实验电路图12 附录二 芯片引脚图13附录三 元器件清单16附录四 焊接电路板17参考文献 18 / 交通灯定时控制系统的设计、制作摘要:在城镇街道的十字交叉路口,
4、为了保证交通秩序和行人安全,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。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、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。第一章 设计任务与设计目的设计一个十字路口的交通灯定时控制系统,根本要求如下:1甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。2每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。3黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。4十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯
5、亮时间以秒为单位作减计数;5要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s任意设定。1熟悉集成电路的引脚安排。2掌握各芯片的逻辑功能与使用方法。3了解PCB板结构与其接线方法。4了解数字交通灯控制电路的组成与工作原理。5学会用仿真软件对设计的原理图进展仿真。6熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。第二章 系统概述2.1系统概述: 系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大局部组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成局部提供脉冲信号,通过定时器向控制器发出三种定时信号,使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下,改变交通灯信号,产生倒计时时间显示,控制器根据定时器的信号
6、,进展状态间的转换,使显示器的显示发生相应转变。2.2交通灯逻辑分析: 图1表示甲车道和乙车道的十字路口交通灯系统,每条道路设一组信号灯,每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成,绿灯表示允许车辆通行,红灯表示禁止通行,黄灯为过渡灯,表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过停车线的车辆禁止通行。图1 交通灯控制系统原理框图2.3总体设计方案: 图1为交通灯的一个整体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心局部,由它控制定时器和译码器的工作,秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号,译码器输出两路信号灯的控制信号。图中TL、TY为定时
7、器的输出信号,ST为控制器的输出信号。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一个工作状态的定时。因此,用定时器分别产生两个时间间隔后,向控制器发出“时间已到的信号,控制器根据定时器的信号,决定是否进展状态转换。如果肯定,如此控制器发出状态转换信号ST,定时器开始清零,准备重新计时。交通灯控制器的控制过程分为四个阶段,对应的输出有四种状态,分别用S0、S1、S2、
8、S3表示。S0状态:甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮,此时甲车道允许车辆通行,乙车道禁止车辆通行。当甲车道绿灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。S1状态:甲车道黄灯亮,乙车道红灯亮,此时甲车道允许超过停车线的车辆继续通行,而未超过停车线的车辆禁止通行,乙车道禁止车辆通行。当甲车道黄灯亮够规定时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。S3状态:甲车道红灯亮,乙车道绿灯亮。此时甲车道禁止车辆通行,乙车道允许车辆通行,当乙车道绿灯亮够规定时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。S2状态:甲车道红灯亮,乙车道黄灯亮。此时甲车道禁止车辆通行,乙车道允许超过停车
9、线的车辆通行,而未超过停车线的车辆禁止通行。当乙车道红灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态-S0状态。S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、10、11,由此得到控制器的状态,如表1所示。表1状态转换表控制器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:AG=1:甲车道绿灯亮;BG=1:乙车道绿
10、灯亮;AY=1:甲车道黄灯亮;BY=1:乙车道黄灯亮;AR=1:甲车道红灯亮;BR=1:乙车道红灯亮。由此得到交通灯的ASM图,如图2所示:图2交通灯控制系统的ASM图第三章 单元电路设计与分析3.1秒脉冲信号发生器的设计:本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。因为该电路的输出脉冲的周期T0.7(R1+2R2)C,假如T=1s,令C2=10f,R1=47K,那么R247K。其它参数为:C1=10nF。如图3所示。图3 秒脉冲信号发生器3.2定时器的设计:用74LS190直接构成减法计数器,时钟脉冲上升沿到来时,在控制信号ST的作用下,计数器以减计数向控制器提供TY、TL的时间信号。74L
11、S190是同步十进制可逆计数器,用它进展减计数与数字显示倒计时相符合。74LS190可以级联,只需要2片即可向控制器提供TL、TY的信号,倒计数可在数字显示电路中实现。用74190节省材料,节约本钱,而且由于经常应用,因而使用起来较方便,具有其独特的优良性。如图4所示。图中U4为个位计数器,U2为十位计数器。U4由555定时器供应其脉冲。当其从9计数到0时,产生一个低电平,随即有一个上升沿,供应U2做时钟脉冲,此时U2计数减一,实现两片芯片的级联。由于整个电路是从30计数,减一到01,再恢复至30,重新开始计数,所以,芯片由二者的TC共同与非再置数。输入分别为00000和00113。图4 定时
12、器电路图3.3控制器的设计: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态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如图5所示。表 2 控制器的状态转换表输 入输 出现 态状态转换条件次 态状态转换信号Q1n Q0nTL TYQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 01 00 001010101根据表2,写出状态方程和状态转换信号方程为:用四选一数据选择器和D触发器实现,设A1A0 = Q1nQ0n ,其他变量通过数据输入端输入。数据选择器用74LS153,触发器用74LS74。设计中将触发器的输出看作逻辑变量,将TL、TS看作输入信号,按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数,并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端,数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。就可得到控制器的原理图,触发器的时钟输入端输入秒脉冲。系统的输出是在Q1Q0驱动下的六个发光二极管,各状态与信号灯的关系由表2给出,因此,得到二极管信号与控制器状态变量的关系为:甲车道: AG= Q1*Q0AY= Q1*Q0AR=Q1乙车道: BG= Q1*Q0BY= Q1*Q0BR= Q1电路如图5所示。图5 控制器电路图