数电课程设计报告(交通灯)

1、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

2、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099s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。目 录第一章 设计任务及设计目的 1第二章 系统概述 22.1 系统概述22.2 交通灯逻辑分析22.3总体设计方案 2第三章 单元电路设计与分析 53.1秒脉冲信号发生器的设计 53.2定时器的设计 53.3 控制器的设计63.4 显示电路的设计9第四章 综述及心得体会 104.1 系统综述104.2 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

3、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099s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

4、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

5、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

6、，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T0.7(R1+2R2)C,若T=1s，令C2=10f，R1=47K,那么R247K。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

7、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Q1n Q0nTL TYQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 01 00 001010101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*Q0

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