基于數(shù)字電路的交通燈設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目交通信號燈控制器所學(xué)專業(yè)名稱電子信息工程班級電信1班學(xué)號 2013210xxx學(xué)生姓名張XX指導(dǎo)教師XXX2015年6月1日電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計（論文）名稱：交通信號燈控制器系（部）、專業(yè)：電氣學(xué)院電子信息工程學(xué)生姓名：張 XX指導(dǎo)教師：XXX下達(dá)時間：2015年5月25日一、課程設(shè)計應(yīng)達(dá)到的目的：設(shè)計 設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條 交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間 25秒； 要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道； 黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次。二、課程設(shè)計任務(wù)和基本要求設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計一個十字路口交通燈控制

2、電路，要求甲車道和乙車道兩條 交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間 25秒； 要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道； 黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次?；疽螅?用交通燈控制十字路口的車輛通行，綠燈通行，黃燈緩行，紅燈停止，每次通行25秒，則要求綠燈每次亮25秒。 綠燈亮25秒后變成黃燈，黃燈再亮5秒，當(dāng)甲車道亮綠燈時，乙車道紅燈亮，那么當(dāng)甲車道亮黃燈時，車輛緩行，此時乙車道不能通行，故亮紅燈, 所以紅燈亮30秒。 黃燈閃亮，只需將黃燈的控制信號與時間的秒信號相與即可。目錄交通信號燈控制器摘要：在日常生活中， 交通燈作為管理交通、 調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段， 起著很大 的作用。 各種交通工具、 行人

3、都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行， 通行的 時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐， 極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的 發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設(shè)備，一個完善的 交通燈程序會更有效的管理當(dāng)前道路中出現(xiàn)的實際情況， 使車輛、行人的行進(jìn) 變得更順暢、更和諧。第一章 設(shè)計電路設(shè)計任務(wù)與要求 設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次 通行時間 25 秒； 要求黃燈先亮 5 秒，才能變換運行車道； 黃燈亮?xí)r要求每秒閃亮一次。設(shè)計分析 用交通燈控制十字路口的車輛通行，綠燈通行，黃燈緩行，紅燈停止，每次通行25秒，則要求綠燈每次亮 25

4、秒。 綠燈亮 25 秒后變成黃燈，黃燈再亮 5秒，當(dāng)甲車道亮綠燈時，乙車道紅燈亮，那么當(dāng)甲車道亮黃燈時，車輛緩行，此時乙車道不能通行，故亮紅燈，所以紅燈亮30 秒。 黃燈閃亮，只需將黃燈的控制信號與時間的秒信號相與即可。設(shè)計原理與框圖為了確保十字路口的車輛順利、通暢地通過，往往都采用自動控制的紅、黃、綠的交通燈來進(jìn)行指 揮。其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線 的車輛緩慢通行；綠燈表示該道路允許通行。交通燈的控制系統(tǒng)框圖如圖1-1所示：南北方向NS時分系統(tǒng)控標(biāo)頻制電路圖1-1GYR倒計時顯示東西方向EWGYR它主要由控制器、分頻器、倒計時器和時

5、標(biāo)等部分組成。時標(biāo)以秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，倒計時器顯示 兩組信號燈的控制時間，分頻器將時標(biāo)秒信號進(jìn)行五分頻，并將信號提供給控制器，控制器是系統(tǒng)的主 要部分，由它控制倒計時器，和紅綠黃燈的顯示情況。第二章總體設(shè)計方案電路狀態(tài)分析控制器狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)及時間50 (00)51 (01)52 (11)53 (10)南北綠，東西 紅南北黃，東西紅南北紅，東西綠南北紅，東西黃南北通行，東西禁止通行(5t) 南北緩行，東西禁止通行 南北禁止通行，東西通行(5t) 南北禁止通行，東西緩行(1)兩車道的運行狀態(tài)共4種，如表2-1所示表2-1控制器工作狀態(tài)及其功能表中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR,

6、NSY,NSG東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR,EWY,EWG 它們的工作方式，有些必須是并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。應(yīng)滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈的時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和。同理,南北方向亮紅燈的時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。本方案取時間t=5s，則南北、東西方向亮綠、黃、紅燈時間分別為 25s、5s、30s。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃 耀。時間控制分析（2）十字路口要有數(shù)字顯示作為時間提示，以方便人們更直觀地把握時間。具體應(yīng)為當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯

7、示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式，直至減到數(shù)為“ 0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。例如當(dāng)南北方向從紅燈 轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為30,并使計數(shù)器開始減“ 1”計數(shù)。當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數(shù)顯示應(yīng)為 5,當(dāng)減到“ 0”時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠 燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為30。時序工作流程圖如圖 2-2所示：圖2-2（3）時標(biāo)直接由集成的時鐘信號源提供1s的單位秒脈沖；倒計時器由4塊74LS192兩兩組合，分別記錄南北、東西方向的通行情況，數(shù)字顯示由四塊集成的4輸入端數(shù)碼管承擔(dān)；時間 t=5s，有7

8、4LS161的五分頻信號提供；控制器由2塊74LS194組成扭環(huán)行12進(jìn)制計數(shù)器，提供紅黃綠燈的控制信號，再由集成的虛擬交通燈模擬紅黃綠的顯示情況。第三章單元電路設(shè)計時標(biāo)電路秒脈沖由如圖3-1所示的集成時鐘信號源提供，本方案信號源采用5V的電壓，它是整個電路的基準(zhǔn)時間信號，它的秒脈沖直接提供給分頻器74LS161,并觸發(fā)其工作。（也可以采用555定時器來提供秒脈沖信號）圖3-1分頻電路該分頻電路為五分頻，具體設(shè)計情況如圖3-2所示：圖3-24位同步二進(jìn)制計數(shù)器 74LS161的封裝及功能表見附錄，將芯片的始能端ENR ENT清零端（低電平有效），電源端接5V （高電平），輸出端QC五進(jìn)制的進(jìn)位

9、端通過 74LS04非門反饋給置數(shù)端 LOAD（低 電平有效），輸入端 A B C、D均接地（低電平），計數(shù)器從0開始計時，當(dāng)計數(shù)到 4時，輸出端QC為1 （高電平），此時置數(shù)端 LOAD有效，輸入端重新置為 0,如此循環(huán)，計時器反復(fù)從0-4計五個數(shù)，該過程中CLK,QA,QB,QC的波形依次如圖3-3所示：圖3-3由波形圖可知圖3-2中的計數(shù)器是下降沿觸發(fā)的，QB,QC均為五分頻信號，本方案中選擇 QC信號并輸入給下級的核心控制電路，作為74LS194的觸發(fā)信號。核心控制電路及顯示控制電路部分由兩塊 74LS194組成扭環(huán)行12進(jìn)制計數(shù)器，然后經(jīng)74LS04的非門與74LS08的與門譯碼，輸

10、出給十字路口南北、東西兩個方向的信號燈，其中的黃燈信號與時標(biāo)秒信號相與即可獲得每秒 閃亮一次的信號。扭環(huán)行計數(shù)器的狀態(tài)表如下所示計數(shù)器輸出南北方向東西方向C0c11 (2 (341 (5) NSGNSYNSREWGEWYEWR0000000100001110000010000121100001000013111000100001411110010000151111100100016111111001100701111100110080011110011009000111001100100000110011001100 0001001010根據(jù)狀態(tài)表，可列出東西、南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式

11、：東西方向綠：EWG=Q4 Q5黃: EWY=Q4 Q5(EWY =EWY- CP)紅：EWR=Q5南北方向綠：NSG=Q4 Q5黃: NSY=Q4 Q5 (NSY =NSY- CP)紅：NSR=Q5具體電路圖3-4設(shè)計如圖所示：圖3-474LS194四位雙向移位寄存器的引腳與功能表見附錄，將其中一片74LS194的QD接至另一片的SR,將另一片的QA接到這片的SL,同時把兩片的 S1、SO、CLK和 CLR分別并聯(lián)即可變成 8位的雙向移位寄 存器，如上圖所示電路只采用右移功能，故只將左邊的74LS194的QD接至右邊的SR再降右邊輸出端的QB接方向器非門反饋給左邊的 SR作為右移的輸入信號，

12、從而行成扭環(huán)12進(jìn)制計數(shù)器，另上圖兩片74LS194輸出端的 QA QB QC QD從左至右分別為 Q0 Q1、Q2、Q3 Q4 Q5 Q6 Q7、Q&按東西、 南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式連接成上圖所示電路的右邊部分，黃燈閃亮則需將EWY和NSY分別與時標(biāo)信號相與。圖中上面的交通燈模擬東西方向，下面的則模擬南北方向。另外，SO、CLR接高電平，S1接低電平，CLK接上級的五分頻信號。并將東西、南北方向的黃燈 信號與時標(biāo)秒脈沖相與(EWY =EWY CP和NSY =NSY CP)的反向信號分別輸出給下級南北、東西方向 倒計時器的置數(shù)端，東西、南北反向的紅燈信號和時標(biāo)秒脈沖的與信號分別輸出給

13、下級南北、東西方 向倒計時器，作為觸發(fā)信號。倒計時顯示電路電路具體設(shè)計如圖3-5所示，左邊兩塊74LS192和集成數(shù)碼管記錄和顯示南北方向紅燈亮的時間， 右邊兩塊74LS192和集成數(shù)碼管記錄和顯示東西方向紅燈亮的時間。將低位74LS192的借位輸出端(BO)和進(jìn)位輸出端(CO)分別接至高位的減計數(shù)時鐘輸入端 (DOWN和加計數(shù)時鐘輸入端(UP)，組成兩位十進(jìn) 制計數(shù)器。本計數(shù)器用來倒計時，將減計數(shù)時鐘輸入端(DOWN，) 接上級相應(yīng)控制電路紅燈信號和時標(biāo)秒脈沖的與信號，低位的加計數(shù)時鐘輸入端 (UP)接5V的高電平，置數(shù)端接上級相應(yīng)控制電路黃燈信號 與時標(biāo)秒脈沖相與的反向信號，置數(shù)輸入端都置

14、成30,異步清零(CLR)接地(低電平)。圖 3-5第四章電路總圖第五章元件清單第六章心得體會剛開始看到電子設(shè)計的 15個題目，我頓時感覺躍躍欲試，因為做了老久的實驗。對各個集成塊的各個 管腳都大致有了了解； 每次做實驗我差不多都能一次完成及很好的完成接線任務(wù)； 同學(xué)們說我做的不錯。 所以更想做此次的電設(shè)。當(dāng)我看到交通燈控制器這個題目時，我情不自禁的就選擇了它。因為我對交通 燈怎么通行的很是好奇。并且想通過自己掌握的知識設(shè)計出一個能完成基本任務(wù)的交通燈。然后我開始 慢慢的查找資料。進(jìn)行設(shè)計環(huán)節(jié)。借閱了有關(guān) Multisim 仿真軟件的書籍?；玖私饬嗽趺刺砑釉?， 修改元件，以及怎么仿真。設(shè)計過程沒有想象的那么簡單。在倒計時電路時遇到了些麻煩，所以花了比 較多的時間在上面。程老師要求說我們可以做出實物也可以交仿真文件。我感覺能做出仿真電路已經(jīng)并 非易事，要在去做出實物。那就更難了，總的來說此次設(shè)計，辛苦也有，失望也有，最重要的是我學(xué)習(xí) 到了很多?？赡芨蛹由盍宋覍Ρ緦I(yè)的熱愛，以及立志要成為一名優(yōu)秀的硬件工程師的決心!參考文獻(xiàn)1 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) / 閻石主編；清華大學(xué)電子學(xué)教研組編 .-5 版 .- 北京：高等教育 出版社，( 2010 重印)2 電子電路的 Multisim 仿真實踐 /劉貴棟主編.- 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，3