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1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）设计(论文)题目:基于中小规模集成电路的 数字交通灯 专 业: 通信技术 班 级: 通技06-2_ 姓 名: 指导教师: 二八年十二月三十日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名通技06-2专业通信技术设计（或论文）题目基于中小规模集成电路的数字交通灯备 注设计（论文）内容：（1）设计指标 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向车道和南北方向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45秒。时间可设置修改。 在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道； 黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。 东西方向、南北方向车道除
2、了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）。 同步设置人行横道红、绿灯指示。（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 电路仿真；进度安排：第5周：任务下达，理解消化任务要求；初步设计方案确定；第6周第10周：设计方案确定，分模块部分完成；第11周：中期检查，查找问题，分析解决难点；第12周第15周：分模块调试，整体电路调试，论文书写等；第16周：答辩主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1张克龙.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，19982廖常初.可编程序控制器应用技术（第三版）.重庆：重庆大学出版社，20003廖常初.PL
3、C编程及应用.北京：机械工业出版社，20024中国集成电路大全编委会.TTL集成电路.北京：国防工业出版社，1985审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目录摘要1第1章绪论2第2章总体方案设计3第3章单元电路的设计43.1倒计时计数器43.2信号灯转换器63.3黄灯闪烁控制9第4章仿真过程与效果分析10总结12致谢14参考文献15附录系统总体电路图16四川信息职业技术学院毕业设计说明书摘要随着微电子技术和集成电路的发展，数字电路和数字科技得到飞速发展，几乎遍及方方面面。数字电路不仅能进行数值运算，进行逻辑判断和运算，而且工作可靠性高
4、，抗干扰性强，所以本次设计采用数字电路。现在化的大城市交通越来越繁忙，交通灯的出现极大地缓解了交通压力。交通灯的设计比较实用，易于理解。结合制作交通灯的一般原理，再在本次试验设计要求的框架，充分发挥自己的想象，设计出自己的方案：一种简单的交通灯的模型。关键词交通灯；交通控制；数字化第16页共16页四川信息职业技术学院毕业设计说明书第1章绪论随着社会经济的发展，人口和汽车急剧增长，城市交通问题越来越引起人们的关注。特别是许多大城市如北京、上海、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
5、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。交通灯作为指挥工具，对维持路面状况的稳定，保证车辆的畅通起到了很大的作用。尽管如此，交通问题仍然存在，如何妥善解决交通问题，寻求人、车、路三者协调，以成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。另一方面，自20世纪90年代，随着微电子技术和
6、集成电路的发展，数字电路和数字科技得到飞快发展，在电子计算机、通信、自动控制、电子测量、雷达、导航、工业交通等方面得到广泛的应用。随着计算机通信网、各种数据网、电子商务网、金融网络、数字语音和图像网络的开通，数字技术已渗透到国民经济的各个领域和人民生活的方方面面。数字化已成为衡量一个国家的经济发展水平和人民生活的一个重要标志。值得一提的是，为迎接2008年北京奥运会，欢迎世界各地得人来华观赛，北京市投入大量资金建立了大量的交通灯以维持路面的顺畅。由此可见，交通灯的普遍和实用性。交通灯的设计与制造，贴近我们的日常生活，这样易于我们接受，同时需要运用了数字电路得知识，于现代社会科技相接轨，一举两得
7、。第2章总体方案设计交通灯控制系统的原理框图如图2-1所示。整个系统可以分为4个模块，秒脉冲信号发生器、倒计时计数电路、信号灯转换器和信号显示器组成。秒脉冲信号发生器是该系统中倒计时计数电路和黄灯闪烁控制电路的标准时钟信号源，倒计时计数器输出两组驱动信号T5和T0，经信号灯转换器控制信号灯工作，倒计时计数电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。图2-1交通灯控制系统原理框图根据系统框图分析数字交通灯的几个模块：秒脉冲选用74190芯片产生秒脉（频率为1Hz）。倒计时计数器中的显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值，而计数器选用集成电路74190进行设计从而实现
8、其计数功能。信号灯转换器的设计可以采用集成计数器74163，也可以采用JK触发器组成。然而无论从原理还是从接法画线上，采用JK触发器组成的信号灯转换器都是比较简单易懂，工作效率高，而且不容易出错。第3章单元电路的设计3.1倒计时计数器十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数为“5”和“0”，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示
9、计数器的输出值。计数器选用集成电路74190进行设计较简便。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。表3-174190的状态表 CTEND/UCLKLOADA B C DQAQBQCQD0XX0X X X XABCD01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount Up1XXXX X X XQa0 Qb0 Qc0 Qd0图3-1两个74190芯片级联成的计数器现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，其中作为个位数的7419
10、0芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图3-1所示。信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。图3-2
11、预置数（即车的通行时间）功能预置数（即车的通行时间）功能：如图3-2所示，8个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为698。假如把通行时间设为45秒，就像图3-1的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。（接电源相当于接1，悬空相当于接0）图3-3定时信号的具体连接方法向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0：T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：
12、把两个74190计数器的8个输出端用一个或非门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（00000101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与门连接起来。具体连接方法如图3-3所示。3.2信号灯转换器两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以暂时先不考虑)，如图3-4所示。图3-4两方向车道的交通灯的运行状态信号灯状态与车道运行状态如下
13、：S0：东西方向车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行S1：东西方向车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行S2：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；南北方向车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行S3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；南北方向车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行Ga=1：东西方向车道绿灯亮Ya=1：东西方向车道黄灯亮Ra=1：东西方向车道红灯亮，人行道绿灯亮；南北方向人行道红灯亮Gb=1：南北方向车道绿灯亮Yb=1：南北方向车道黄灯亮Rb=1：南北方向车道
14、红灯亮，人行道绿灯亮；东西方向人行道红灯亮信号灯转换器方案一：若选集成计数器74163，74163是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制同步加法计数器。表3-2是它的状态表。表3-274163的状态表CLRLOADENPENTCLKA B D CQAQBQCQD0XXXXX X X X00001000POSX X X XABCD1111POSX X X XCount111XXX X X XQA0 QB0 QC0 QD011X1XX X X XQA0 QB0 QC0 QD0设状态编码为：S0=0000S1=0001S2=0010S3=0011，则其状态表为：表3-3状态编码与信号灯关系表QD QC QB QAGaYaRaGbYbRb0 0 0 01000010 0 0 10100010 0 1 00011000 0 1 1001
