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1、一、概述交通灯在人类道路交通发展过程中扮演着特别重要的角色，而我国是一个人口超级大国，汽车工业的发展正在快速增长的阶段，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而实行增加供应，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境冲突越来越突出的今日，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就须要依靠除限制需求和供应道路设施之外的其他方法来满意日益增长的交通需求。智能交通灯系统正是解决这一冲突的途径之一。对城市交通流进行智能限制，可以使道路畅通，提高交通效率。合理进行交通灯限制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避开或缓和交通拥挤状况，大大提高
2、交通运输的运行效率，还可以削减交通事故，增加交通平安，降低污染程度，节约能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通灯的智能限制，达到优化路口交通流的目的。二、方案论证设计一个简洁的交通灯限制器。事实上就是四个平常状态加上一个紧急状态。我们不妨设：S1：南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，时间15s；S2：南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮，时间3s；S3：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l5s；S4：南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮，时间3s；S5（紧急状态）：假如发生紧急事务，可以手动限制四个方向红灯全亮。主电路状态南北红灯南北黄灯南北绿灯东西红灯东西黄灯东西绿灯S1100001S2100010S300
3、1100S4010100S5100100图1 主电路状态与指示灯状态转换S5的紧急状态，我们可以设计一个开关来限制这个状态的开启与关闭。剩余的四个状态我们可以放在一起来综合考虑。因为四个状态是轮换的。首先，用10进制计数器对平常状态下的四种状况进行计数，再用3线8线译码器对这四种状态进行编码，之后限制四个方向的二极管（代替红绿灯）的亮暗。其次，1Hz脉冲信号我们可以用555时基电路构成的多谐振荡器来实现。555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能敏捷，而且采纳差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。再者，用两片
4、十进制可逆计数器来显示黄绿灯亮的秒数。最终，就可以基本实现红绿灯的简洁限制。 图2 红绿灯限制器的基本流程图三、电路设计1. 脉冲产生电路脉冲是由555时基电路构成的多谐振荡器产生的。选取两个固定电阻，计算出电容，使其频率为1Hz，其电路图如下: 图3 脉冲产生电路其高电平常间为：其低电平常间为：占空比：频率f=1.015Hz（约为1Hz）2.倒计时电路 因为是倒计时的15s和倒计时的3s，涉及到两位数，所以采纳两片十进制可逆计数器芯片。图3 倒计时电路 我们要完成的是15s和3s的倒计时循环，因为是倒计时，所以将脉冲接到down的一端。左边的芯片表示的是十位的数字，右边的芯片表示的是各位的数
5、字。十位之涉及到0和1，所以只要限制A端的输入为0或1，所以用一个异或门连接译码器的Y0和Y2上，因为这两个输出端限制的是黄灯的状态（详细在译码器部分有说明），剩下的端口全部接地。各位的数字之涉及到3和5，所以输入端为0101和0011，这两个数的差别就在于中间的两位并且互反，所以将c端口接到译码器的b端口即可。并将两个借位输出连接到一个与门上来限制置数端。3.计数电路 用计数器来计数四个状态，就是从15s-3s-15s-3s进行循环，输出为00 01 10 11。选择74LS160芯片，用的是置数法，实现四进制计数器。如图：图4 计数电路 这计数电路就是用来循环记录00 01 10 11 四
6、个基本状态的。4. 状态译码电路从十进制计数器输出了4个状态，对这四个状态进行译码。真值表如下：（因为只有四个状态，超出的部分就不写了）输入输出A1A0Y3Y2Y1Y0000001010010100100111000表1 3位二进制译码器真值表（部分）译码阶段已经完成，接下来就是用这些译码出来的信号。来限制四个方向红绿灯的状态。输出为0001,0010,0100,1000的时候分别对应着S3,S1,S2,S4四个状态，并且同方向的一个灯亮起的时候剩余的灯必需是保持暗的状态。所以用与非门和非门来限制二极管。首先是黄灯的限制，黄灯出现在S2和S4的状态下，所以将非门连接在Y1，Y3处。将绿灯接在Y
7、0，Y2处。红灯的切换是在黄灯亮之后，所以用与非门来限制。南北的与非门两端分别接Y2,Y3；东西的与非门两端分别接Y1,Y3。接下来说明一下为什么要这么接。就S1状态而言，南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，时间15s，译码器的输出为0010。此时东西方向有且仅有绿灯在亮，南北方向有且仅有红灯在亮。所以东西方向的绿灯要是想亮就得连接Y1端。同理，分析四种状态分别得出南北的黄灯连接Y0，南北的绿灯连接Y3，东西的黄灯连接Y2。之后分析如何让红灯亮。红灯的亮暗是在黄灯的亮暗之后切换的，所以用一个与非门。先用南北方向上的红灯来分析，南北的红灯时在S1和S2两个状态都亮的，其输出为0010和0100，所以
8、与非门的两端接的是Y1与Y2。同理东西方向的红灯连接的是Y0与Y3。图5 状态译码电路5. 紧急限制开关电路开关没开启之前要保持之前的状态，开关开启之后，四个红灯全部亮起，并且计数器归零。首先，让四个红灯全部亮起。在对红灯输入信号之前接出一个或门，其中的一端接原来的信号，另一端接0，这样保证了原有信号的输出。开关闭合后，让原本接0信号的那一段变更为1信号，就强制使红灯的输出变成了1，实现了功能。其次，让计数器归0。开关没有动作之前，让十进制可逆计数器的清零端接0信号，开关动作后，让清零端接1信号，实现了清零的功能。如图：图6 紧急开关限制四、性能测试1. 脉冲产生电路的测试为了在仿真中快速的看
9、到结果，故将电容缩小了100倍，仿真如下图，脉冲周期约为10ms，扩大100倍即为1s，频率为1Hz。图7 脉冲产生电路仿真测试图2. 倒计时电路的测试 检验倒计时计数器是否可以从15s和3s起先倒计时。图8 十进制可逆计数器15s检测图图9 十进制可逆计数器3s检测图3.电路整体性能测试总电路见附录I。（由于十进制计数器计数4种状态，38线译码器，紧急限制开关无法单独显示测试结果所以放在电路的整体性能的测试上）S1状态：南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，时间15s；图10 S1状态检测图S2：南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮，时间3s；图 11 S2状态检测图S3：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮
10、，时间l5s；图12 S3状态检测图S4：南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮，时间3s图13 S4状态检测图S5（紧急状态）：假如发生紧急事务，可手动限制四个方向红灯全亮图 14 紧急状态检测图五、结论经过两周的努力最终完成了关于交通灯限制电路的电子课程设计，通过不断的查资料让我积累了很多实际操作阅历，已初步驾驭了数电的应用技术。我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。经过这次设计，我学会了怎样把安排付诸于实际行动中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我相识到自己所学的学问和技能还远远不足，缺乏应有的动手解决实际问题的实力，有待在今后的学习实践中进一步提高。经过这次课程设计，我更加相识
11、到要学好自己的专业学问以适应不断发展的社会。 参考文献1 阎石主编.，数字电子技术. M北京：高等教化出版社，2006年2 陈振官等编著.，新奇高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年3 彭介华，电子技术课程设计指导M.北京：高等教化出版社 4 孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教化出版社 5 梁宗善.，电子技术基础课程设计M. 武汉：华中理工高校出版社 6 张玉璞，李庆常. 电子技术课程设计M. 北京：北京理工高校出版社 7 谢自美，电子线路设计试验测试（其次版）M.武汉：华中科技高校出版社附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1U1 U2 十进制可逆计数器 74LS162N22U3 U4 U19 U21数码管43U5十进制计数器74LS160N14U63线8线译码器74LS138N15U7六反相器74LS04N26U92输入4与非门74LS00N17U102输入4或门74LS32N18U112输入4异或门74LS136D19U12555时基电路555_VIRTUAL110二极管1211J1开关112R1电阻5k113R2电阻15k114C1电容0.01uF115C2电容58uF112
