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交通信号灯控制器
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
信息科学与工程学院教研室:
电子信息教研室
课程设计(论文)题目
交通信号灯控制器
课程设计(论文)任务
任务和要求:
1.红、绿、黄三色发光二极管作为交通信号灯,绿灯、黄灯、红灯依次交替循环点亮,持续时间:
绿灯20秒-黄灯4秒-红灯24秒
2.用二位数码管显示各色信号灯的倒计时秒数,倒计时为零时切换信号灯。
3.设计另一方向路口的控制电路。
设计内容:
1交通信号灯控制器总体电路设计及论证。
2、分析设计要求,明确性能指标;查阅资料、设计方案分析对比。
3、论证并确定合理的总体设计方案,绘制总体结构框图,分析工作原理。
4、完成交通信号灯控制器中的各单元具体电路设计。
包括芯片选择、理路分析及设计过程,计算电路元件参数,分析工作原理性能。
5、完成整体电路设计及论证。
6、完成课程设计说明书。
指导教师评语及成绩
成绩:
指导教师签字:
年月日
第1章交通信号灯控制器设计方案论证1
1.1交通信号灯控制器的应用意义1
1.2交通信号灯控制器设计的要求及技术指标1
1.3设计方案论证2
1.4总体设计方案框图及分析3
第2章交通信号灯控制器各单元电路设计4
2.1秒脉冲信号产生电路的设计5
2.2定时计数电路的设计6
2.3译码及显示电路的设计6
第3章交通信号灯控制器整体电路设计7
3.1整体电路图及工作原理7
3.2电路参数计算7
3.3整机电路性能分析8
第4章设计总结9
参考文献10
一、交通信号灯控制器设计方案论证
1.1交通信号灯控制器的应用意义
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。
1.2交通信号灯控制器设计的要求及技术指标
1设计要求:
(1).红、绿、黄三色发光二极管作为交通信号灯,绿灯、黄灯、红灯依次交替循环点亮,持续分别为时间:
绿灯20秒-黄灯4秒-红灯24秒
(2).用二位数码管显示各色信号灯的倒计时秒数,倒计时为零时切换信号灯。
(3).设计另一方向路口的控制电路。
2技术指标:
(1).工作电压:
直流(DC)36V。
(2).功耗<5W。
(3).时间误差<50ms。
1.3设计方案论证与分析
1.设计方案论证
(1).根据要求,该电路控制应该具有计时(20秒、4秒、24秒的计时)功能,通过秒脉冲的计数,实现绿、黄、红三种颜色灯的交替显示,因此需要计数器及各种逻辑门及触发器。
(2).设计电路应包括主控电路、定时计数电路、译码驱动电路及秒脉冲发生器组成。
2.设计方案分析:
该系统中,秒脉冲发生器是系统中定时计数电路中的定时器和主控电路中的控制器的标准时钟信号源;译码驱动电路中的译码器输出交通信号灯的控制信号,经过驱动电路的驱动信号灯工作;主控电路中控制器是系统的主要部分,由它控制定时计数电路中的定时器和译码驱动电路中的译码器工作。
1.4总体设计方案框图
1.交通信号灯控制器原理框图如下页所示:
各方向灯的转换:
东西状态
时间长度
南北状态
时间长度
红灯
24~0s
绿灯
20~0s
绿灯
20~0s
黄灯
4~0s
黄灯
4~0s
红灯
24~0s
交通信号灯控制器各单元电路设计
2.1秒脉冲信号产生电路的设计
在数字电路中常常需要精确的秒脉冲信号来对检测的信号进行采样取值。
实际中多采用高频振荡器产生高频信号,然后经过多级分频电路得到。
多谐振荡器电路图如所示。
电源接通后,VCC通过电阻R1、R2向电容C冲电。
电容上的电压按指数规律上升,当VC上升至2/3VCC时,因VC与值输入端⑥相连,有VC=V6,是比较器C1输出翻转,输出电压V0=0,同时,放电管T导通,电容C通过R2放电;当电容电压VC下降至1/3VCC时,比较器C2工作,输出电压V0变成高电平,C放电终止,VCC通过电阻R1,R2又开始充电;周而复始,形成振荡。
其振荡周期与放点的时间有关。
2.2定时计数电路的设计
(1).本课程设计的定时器运用555定时器设计。
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
555定时器运用时灵活、方便,具有可构成单稳态触发器,多谐振荡器和施密特触发器的功能,而且可承受较大的负载电流等诸多好处。
(2).555定时器内部电路由电压比较器C1和C2,RS触发器和集电极开路的三极管T三部分组成。
(3).555定时器有两个输入端,一个输出端,共8个引脚。
器件的第6脚接电压比较器C1的反相输入端,称为阈值端,用符号TH来标注;第2脚接电压比较器C2的同相输入端,称为触发端,用符号
来标注;第5脚是控制电压输入端,用符号VCO来标注;第4脚是RS触发器的复位端;第3脚是信号输出端,第1脚是接地端,第8脚是电源电压输入端。
555定时器的电路结构如下页所示:
555定时器的工作原理是:
当输入电压
时,电压比较器C1反相输入端的输入电压小于参考电压,相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个负极性的信号,电压比较器C1的输出电压为正极性的信号,即高电平信号“1”;电压比较器C2同相输入端的输入电压小于参考电压,相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个负极性的信号,电压比较器C2的输出电压为负极性信号,即低电平信号“0”;RS触发器被置位,输出电压u0等于1。
555定时器输出与输入的关系也可用功能表来描述,555定时器的功能表如表5-1所示。
表5-1555定时器的功能表
ui1
ui2
uO
T的工作状态
0
1
1
1
1
×
×
0
1
1
0
0
导通
截止
截止
导通
导通
由上页框图可知:
(1).当输入电压
时,ui2从
变化到
时,电压比较器C1反相输入端的输入电压小于参考电压,电压比较器C1的输出电压为高电平信号“1”,RS触发器处在保持的状态,保持
时的输出状态,输出电压u0等于1。
(2).当输入电压
时,ui1从
变化到
时,电压比较器C2同相输入端的输入电压大于参考电压,电压比较器C2的输出电压为高电平信号“1”,RS触发器处在保持的状态,保持
时的输出状态,输出电压u0等于0。
(3).当输入电压
时,电压比较器C1反相输入端的输入电压大于参考电压,相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个正极性的信号,电压比较器C1的输出电压为负极性的信号,即低电平信号“0”,RS触发器被复位,输出电压u0等于0。
计数器的设计:
计数器选用集成电路74LS190进行设计较方便。
74LS190是同步四位十进制加/减计数器,它具有同步清零、同步计数的功能。
74LS190的引脚图如下图所示:
74LS190引脚图
单时钟同步十进制可逆计数器74LS190的逻辑图
2.3译码及显示电路的设计
为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据,目前广泛使用了七字符显示器,或称做七段数码管。
这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。
常见的七段字符显示器有半导体数码管和液晶显示器两种。
半导体数码管BS201的的每个线段都是一个发光二极管(LED)。
因此,也把它叫做LED数码管或LED七段显示器。
发光二极管使用的材料与普通的硅二极管不同,半导体中的杂质浓度很高。
当外加正电压时,大量的电子和空穴在扩散的过程中复合,其中一部分电子从导带跃迁到价带,把多余的能量以光的形式释放出来,便发出一定可见光。
另一种常用的七段字符显示器是液晶显示器,简称LCD。
液晶是一种既有液体流动性又有光学特性的有机化合物。
它的透明度和呈现的颜色受外加电场的影响,利用这一点便可作成字符显示器。
液晶显示器的最大优点就是功耗极小。
半导体数码管和液晶显示器都可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动。
为此,就需要使用显示译码器将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号,以便使数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。
半导体数码管BS201的等效电路
交通信号灯控制器整体电路设计
3.1整体电路图及工作原理
整体电路图如下页所示:
该电路图的工作原理:
本交通信号灯控制器电路先经秒振荡给予脉冲进行触发,再经过计数器和译码驱动电路使信号灯绿灯、黄灯、红灯依次交替循环点亮,持续时间分别为:
绿灯20秒-黄灯4秒-红灯24秒。
当该电路接通电源时,该电路首先经秒振荡给予脉冲进行触发,然后依次经过20秒、4秒、24秒计数器之后,将脉冲信号再分别送入到系统整体计数器和主控制电路中去,整体计数器将接受到的脉冲信号送到译码器中,当信号被译码器翻译之后,信号灯译码驱动电路就会对信号进行采样,然后驱动相应的信号灯发光。
3.2电路参数计算
555定时器:
(1).当输入电压
时,ui2从
变化到
时,输出电压u0等于1。
(2).当输入电压
时,输出电压u0等于0。
(3).当输入电压
时,ui1从
变化到
时,输出电压u0等于0。
3.3整机电路性能分析
该系统中,秒脉冲发生器是系统中定时计数电路中的定时器和主控电路中的控制器的标准时钟信号源;译码驱动电路中的译码器输出交通信号灯的控制信号,经过驱动电路的驱动信号灯工作;主控电路中JK触发器是系统的主要部分,由它控制定时计数电路中的计数器和电路中的信号灯工作。
计时电路控制具有计时(20秒、4秒、24秒的计时)功能,绿、黄、红三种颜色灯的交替显示,且持续时间分别为:
绿灯20秒-黄灯4秒-红灯24秒,正确指挥各种车辆和行人的安全通行。
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- 关 键 词:
- 交通 信号灯 控制器