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1、电子技术课程设计报告简易交通灯控制器目 录前言 1一、课程题目设计要求 2二、系统选择与方案论证 .2三、系统总框图及说明 .7四、单元电路设计 .9五、仿真过程与效果分析 14六、体会总结 .16附录：元件清单 17参考文献，鸣谢 19 前 言在街道的十字路口中，为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。一般道路分主干道和支干道俩条，主干道和支干道上的车辆交替运行，主干道上车辆较多，因此通行时间较长，支干道上车辆较少，因此通行时间较短。主干道通行时绿灯亮，支干道上红灯亮；支干道通行时绿灯亮，主干道红灯亮，主干道与支干道之间红绿灯进行转换时需有黄灯作为过渡。基于以
2、上规则，可以实现十字路口的交通管理自动化。在本次课程设计中将采用Mutisim 10软件来实现原理图的创建、电路的测试分析、结果的图表显示等。在搭建电路之前，可以进行虚拟测试，可使得实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，市实验内容完备，提高实验效率，节省了实验资源。实验准备期间，我们在网上、图书馆里搜集了大量的有关交通灯控制电路设计的资料，在深刻理解交通灯控制电路原理的基础上，我们组成员确定了以电路总体框架描述、电路功能模块划分、单元电路设计、仿真测试这四个主要实验步骤。本次设计中，脉冲信号发生器及定时器部分由叶永强同学负责设计；主控制器部分和交通信号灯由周小军同学负责；数码管显示电路及计数
3、器部分由我自己负责，最后整合得到完整系统。在设计过程中，得到了各方的支持和帮助，在此向老师表示由衷的感谢。鉴于时间仓促，水平有限，错误与疏漏在所难免，敬请批评指正。一、设计题目：交通灯控制器 交通灯控制器是可以自动控制交通灯，并以倒计时的方式显示时间，方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行，达到交通井然有序、出行人员安全便捷到达目的地的效果。本次实验通过一个实例，结合数字电路课程的学习来实现这样一个应用工具，达到理论在实际中的应用。摘要： 本论文介绍了利用数字电路中的一些基础芯片设计交通灯控制器。新控制器由时钟信号发生器、主控制器、置数器、计数器、译码驱动电路和数字显示电路等组成，它除了实现基本
4、交通灯功能外，还具有倒计时显示、时间设置功能。相比于采用单片机或FPGA实现交通灯设计，新设计方法简单，不需要软件编程和调试。最后经Mutisim 10软件仿真表明，新设计方法完全正确 。关键词： 交通信号灯；秒脉冲信号发生器；定时器；控制器；译码显示电路设计要求： 1. 定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯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、绿色发光二级管表示信号灯；4. 设计计时显示电路。二、系统选择与方案论证： 方案一：采用单片机实现 选用8031单片机，8255并行通用接口芯片，74LS07，MAX692看门狗，共阴极的七段数码管，双向晶闸
5、管，7805三端稳压电源，红、黄、绿三色交通灯，开关键盘等，系统总框图如图1.1所示：键盘设置时间参数红外对管检测信号输入8031系统处理锁存红灯报警及记录车流量8255A扩展CPU的并行接口显示时间交通灯 片选.图1.1 方案一系统总框图 方案二：采用数字电子技术（核心控制部分用触发器来实现） 交通灯控制系统的原理框图如下图所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲信号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，如图1.2所示：TL：表示主干道绿
6、灯亮的时间间隔为45秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL =0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，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。TLSTHYFRHGFRTYST STHRFYHRFG TY TL STS00001S1010110S31101图1.2 方案二流程图 方案三：交通灯控制原理图: 图1.3方案三流程图正常运行时：555定时器产生100HZ的脉冲，经分频器分频后产生5HZ和1HZ的频率，1HZ用于控制计数器减计数，5HZ用于控制黄灯闪烁，当倒计时到5秒时，
7、我们可以看到黄灯闪烁，绿灯熄灭，经计数进制转换后，使计数器预置为另一进制，并同时通过控制器控制信号灯转换，往复循环。 在最后的方案选择中，我们选择了第三种方案，因为第三种方案简单易行，并且能够运用我们所学的数电知识，理论付之于实践，能让我们从中学到很多实际应用的东西。三、系统框图及说明 1、分析系统的逻辑功能，画出其框图：交通灯控制系统的原理框图如图 1-1 所示。它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是 555 定时器；计时计数器是由74LS192 来完成、输出四组驱动信号T0 和T3 经信号灯转换器(D触发器)来控制信号灯工作，主控电路和信号译码电
8、路是系统的主要部分，它由各种门电路以及T触发器组成，能实现计时电路的转换，各方向信号灯的控制。 图1.4 2、信号灯转换器 俩方向车道的交通灯的运行状态共有四种（因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的，所以不予考虑），如下图1-2所示： 状态与车道运行状态如下： S0：支干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行 S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行 S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行 S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人
9、行道通行；主干道车道的黄灯亮，车道缓行, 人行道禁止通行 G1=1：主干道绿灯亮 Y1=1：主干道车道黄灯亮 R1=1：主干道车道红灯亮，人行道绿灯亮；南北方向人行道红灯亮 G2=1：支干道车道绿灯亮 Y2=1：支干道车道黄灯亮 R2=1：支干道车道红灯亮，人行道绿灯亮；东西方向人行道红灯亮 四、分块单元电路：4.1 振荡电路 振荡电路输出频率分别为1Hz和5Hz、幅度为5 V的时钟脉冲。为提高精度，本设计系统利用555定时器设计一个输出频率为100 Hz的多谐振荡器，再通过100分频(100进制计数器)而得到1 Hz的时钟脉冲，通过20分频得到5 Hz的时钟脉冲。4.2 555定时器构成的1
10、00 Hz多谐振荡器 由555定时器构成的100 Hz多谐振荡器电路原理图如图2所示。电路由一个555芯片、两个电阻和两个电容组成，通过电阻给电容C充电、放电的过程来产生，从而输出矩形脉冲。具体参数可如下公式进行计算：f=1/ln2(R1+2R2)*C ，根据此则可以选择约288.6和577.2阻值的电阻，和10nF的电容。 图4.1 图4.2 由74LS192构成的100分频和20分频电路 4.3：计数器和译码显示部分 计数器选用集成电路74192进行设计。74192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。74192没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输
11、出数据间接实现清零功能.表一 74192的状态表 CTEND/UCLKLOADA B C DQA QB QC QD0XX0X X X XA B C D01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount Up1XXXX X X XQa0 Qb0 Qc0 Qd0 74LS192D芯片如下图所示： 图4.3 7 4LS192芯片引脚图 其中B0为借位输出端，CO为进位输出端，Load为置数输入端，CLR为清零端，UP为加计数控制端，DOWNA为减计数控制端,A、B、C、D 为置数输入端，QA、QB、QC、QD为计数输出端，计数器方案（不同置数）的选择：方案一：选用三个
12、74LS363芯片（三态门）作为锁存器，利用D1D8引脚来给红黄绿三个交通灯进行置数输入，以主干道为准，把绿灯置为45s ，黄灯置为5s ，红灯置为25s。实验中用三片74LS192 芯片来进行计数，俩片最终作为译码输出显示用，剩下的一片来控制灯的转换，三态门74LS363芯片的引脚以及计数器的链接如图4.4和4.5： 图4.4 三态门连接图 图4.5 三个192构成的计数器方案二：计数译码电路总电路图如图4.6所示：计数器：使用俩片74LS192D计数器，其中上边的一片作为计数的十位，下边的一片作为个位，集合本次试验，计数器电路具有50 s倒计时(计数范围为601的减数计数器)、30 s倒计
13、时(计数范围为301的减数计数器)以及5s计时功能。所以需要置数50（01010000）和30（00110000），其中个位上置数为DCBA=0000，十位置数DCBA=0101/0011，清零端接地，接个位的192芯片时钟脉冲接1HZ，个位片的借位输出端接十位片的时钟输入端，这样可以实现当个位从9减到0时，产生借位，同时十位片开始减计数。置数控制端Load由D触发器结合集成或门芯片配合实现。D触发器：D触发器的时钟脉冲接在计数器的最终输出端口（十位QAQBQCQD+个位QAQBQCQD），D触发器在时钟脉冲为“1”时，当输入D为“0”时，触发器输出置0,当输入D为“1”时，触发器输出置“1”。本次试验中计数从50到0和从30到0，所以把十位片的置数端口C接在触发器的Q端，把十位片的置数端口B接在触发器的Q非端，试验中主干道先开始计数把Q非与触发器输入D相接，这样主干道计数50秒
