数电课程设计报告交通灯讲解.docx

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数电课程设计报告交通灯讲解

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，其内部的电路控制系统就不断的被改进，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发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，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基础。

本设计通过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基础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。

设计任务及要求

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：

（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减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

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，请老师批评指正。

第一章设计任务及设计目的………………………………………………1

第二章系统概述………………………………………………………………2

2.1系统概述………………………………………………………………………2

2.2交通灯逻辑分析………………………………………………………………2

2.3总体设计方案…………………………………………………………………2

第三章单元电路设计与分析………………………………………………5

3.1秒脉冲信号发生器的设计…………………………………………………5

3.2定时器的设计………………………………………………………………5

3.3控制器的设计………………………………………………………………6

3.4显示电路的设计……………………………………………………………9

第四章综述及心得体会……………………………………………………10

4.1系统综述……………………………………………………………………10

4.2总结及心得体会……………………………………………………………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，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。

第一章设计任务及设计目的

1.1设计任务及要求

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：

（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减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

1.2设计目的

（1）熟悉集成电路的引脚安排。

（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。

（3）了解PCB板结构及其接线方法。

（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。

（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。

（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、信号灯显示器五大部分组成。

其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，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，进行状态间的转换，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。

其中控制器是核心部分，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，决定是否进行状态转换。

如果肯定，则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、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

S0（00）

甲绿，乙红

甲车道通行，乙车道禁止通行

S1（01）

甲黄，乙红

甲车道缓行，乙车道禁止通行

S3（11）

甲红，乙绿

甲车道禁止通行，乙车道通行

S2（10）

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T≈0.7（R1+2R2）·C,若T=1s，令C2=10μf，R1=47KΩ,那么R2≈47KΩ。

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。

74LS190是同步十进制可逆计数器，用它进行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，节约成本，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定时器供给其脉冲。

当其从9计数到0时，产生一个低电平，随即有一个上升沿，供给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0000（0）和0011（3）。

图4定时器电路图

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则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

Q1nQ0n

TLTY

Q1n+1Q0n+1

ST

00

00

01

01

11

11

10

10

0X

1X

X0

X1

0X

1X

X0

X1

00

01

01

11

11

10

10

00

0

1

0

1

0

1

0

1

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’*Q0’AY=Q1’*Q0AR=Q1

乙车道：

BG=Q1*Q0BY=Q1*Q0’BR=Q1’

电路如图5所示。

图5控制器电路图

表3信号灯与控制器状态编码表

3.4显示电路的设计：

采用74LS190进行减计数，然后将输出通过7448接到七段显示译码器上。

7448是用来驱动共阴数码管的。

如图6所示。

图6数码管显示电路

第四章综述及心得体会

4.1系统综述：

通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器构成。

其