數(shù)顯交通信號燈控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(昆工12級)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 數(shù)顯交通信號燈控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 生醫(yī)121 學(xué)生姓名： jiangjinman 學(xué) 號： 摘要交通運(yùn)輸是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，日常出行也是我們生活中不可或缺的一部分。在確保十字路口的交通秩序工作中，信號燈扮演了極其重要的角色。交通信號控制系統(tǒng)是用來自動(dòng)控制十字路口紅黃綠三色的電子系統(tǒng)。 交通燈簡易交通信號燈控制器利用MC14060芯片和10K、680和電容提供秒脈沖CP信號，為計(jì)數(shù)器提供工作頻率。計(jì)數(shù)器由兩塊74LS190級聯(lián)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)數(shù)。在接通電源后，橫豎方向顯示時(shí)間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所

2、有顯示時(shí)間均逐秒倒計(jì)時(shí)，表示通行或停止所剩下的時(shí)間，當(dāng)減至3秒時(shí)，黃燈以秒的頻率閃爍4次后，兩個(gè)方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時(shí)間再次變?yōu)?秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)對橫豎方向交通信號燈的聯(lián)合控制。關(guān)鍵字交通信號燈 秒脈沖 計(jì)數(shù)器 聯(lián)合控制目錄一課題名稱以及設(shè)計(jì)要求41.1課題名稱41.2設(shè)計(jì)要求4二系統(tǒng)概述42.1總體方案42.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架52.3系統(tǒng)基本工作原理5三單元電路設(shè)計(jì)與分析73.1秒脈沖發(fā)生電路73.2倒計(jì)數(shù)以及顯示單元73.3 信號燈控制單元93.4黃燈提示單元9四系統(tǒng)仿真104.1 仿真說明104.2 系統(tǒng)仿真示意圖10五系統(tǒng)綜述以及總體電路圖115.1 系統(tǒng)綜述11六

3、元件明細(xì)表126.1 元件明細(xì)列表12七參考文獻(xiàn)12八收獲體會(huì)與總結(jié)12一課題名稱以及設(shè)計(jì)要求1.1課題名稱數(shù)顯交通信號燈控制系統(tǒng)1.2設(shè)計(jì)要求 簡易交通信號燈控制，主要實(shí)現(xiàn)功能如下：1. 正常控制：在接通電源后，橫豎方向顯示時(shí)間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所有顯示時(shí)間均逐秒倒計(jì)時(shí)，表示通行或停止所剩下的時(shí)間，當(dāng)減至3秒時(shí)，黃燈以秒的頻率閃爍3次后，兩個(gè)方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時(shí)間再次變?yōu)?9秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程；2. 特殊控制之一：在一些開關(guān)控制之下，讓橫方向的綠燈亮60秒，紅燈亮30秒；豎方向的紅燈亮60秒，綠燈亮30秒；3. 特殊控制之二：在一些開關(guān)控制之下，讓

4、橫方向的綠燈亮30秒，紅燈亮60秒；豎方向的紅燈亮30秒，綠燈亮60秒4. 特殊控制之三：在一些開關(guān)控制之下，讓橫方向的綠燈一直亮，豎方向的紅燈一直亮；5.特殊控制之四：在一些開關(guān)控制之下，讓橫方向的紅燈一直亮，豎方向的綠燈一直亮。二系統(tǒng)概述2.1總體方案交通燈簡易交通信號燈控制器利用MC14060芯片和10K、680和22uF電容提供秒脈沖CP信號，為計(jì)數(shù)器提供工作頻率。計(jì)數(shù)器由兩塊74LS190級聯(lián)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)數(shù)。在接通電源后，橫豎方向顯示時(shí)間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所有顯示時(shí)間均逐秒倒計(jì)時(shí)，表示通行或停止所剩下的時(shí)間，當(dāng)減至3秒時(shí)，黃燈以秒的頻率閃爍3次后，兩個(gè)

5、方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時(shí)間再次變?yōu)?9秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)對橫豎方向交通信號燈的聯(lián)合控制。2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架簡易交通信號燈控制系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)重要的模塊夠構(gòu)成：1.秒脈沖產(chǎn)生模塊2.倒計(jì)時(shí)及顯示模塊3.信號燈控制模塊4.順序置數(shù)模塊5.功能擴(kuò)展模塊（紅黃綠燈閃爍）；本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架如下圖所示：倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)以及顯示信號燈控制電路定時(shí)順序置數(shù)電路紅黃綠燈閃爍倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)以及顯示信號燈控制電路定時(shí)順序置數(shù)電路紅黃綠燈閃爍秒脈沖產(chǎn)生橫向信號燈控制豎向信號燈控制時(shí) 間 控制 配 合 圖2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架圖2.3系統(tǒng)基本工作原理本系統(tǒng)采用橫向和豎向分開實(shí)現(xiàn)功能，但又相互配合的思路

6、，用時(shí)間的相關(guān)性將橫向與豎向的信號燈的亮滅相聯(lián)系起來。根據(jù)系統(tǒng)的要求：主干道綠燈60秒，支干道綠燈30秒；每次由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)，應(yīng)有3秒黃燈亮作為過渡；則其時(shí)間循環(huán)圖如下所示：綠燈60秒黃燈3秒紅燈30秒橫向循環(huán)時(shí)間圖2.2 橫向道時(shí)間循環(huán)圖紅燈60秒綠燈30秒黃燈3秒豎向道循環(huán)時(shí)間圖2.3 橫豎向道時(shí)間循環(huán)圖對于其中一條道路，系統(tǒng)的工作流程圖如下所示：秒脈沖產(chǎn)生秒脈沖信號倒計(jì)時(shí)工作及顯示顯示信號燈控制三種燈亮滅順序置數(shù)對計(jì)數(shù)器置數(shù)提供三種燈轉(zhuǎn)換的信號提供一秒的CP脈沖信號提供倒計(jì)時(shí)到零的信號提供三種預(yù)置數(shù)閃黃燈圖2.4系統(tǒng)工作信號流程圖系統(tǒng)工作原理如下：初始狀態(tài)，對于橫向道，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)60

7、秒，在CP脈沖的作用下開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)至零時(shí)，可以對信號燈控制電路產(chǎn)生一個(gè)上升沿的單脈沖，完成一次計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對綠燈，黃燈和紅燈的亮滅的控制，此時(shí)紅燈亮，當(dāng)三種信號燈完成一次狀態(tài)變化時(shí)，將變化的信號傳送給譯碼器，由譯碼器選中相應(yīng)的預(yù)置的倒計(jì)時(shí)數(shù)，并將該倒計(jì)數(shù)置給計(jì)數(shù)器74LS190，完成一次工作循環(huán)，然后是3秒的黃燈，最后是30秒的紅燈。對于豎向道而言，循環(huán)時(shí)間是60秒，30秒，3秒，其具體的循環(huán)過程與橫向道一致。三單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖發(fā)生電路是該系統(tǒng)的時(shí)間動(dòng)力，提供計(jì)數(shù)器的工作時(shí)鐘頻率，從而完成倒計(jì)數(shù)模塊信號傳遞。秒脈沖發(fā)生電路是由MC14060產(chǎn)生。因?yàn)榭刂葡?/p>

8、統(tǒng)是以秒作為單位，所以用秒脈沖發(fā)生器且對信號的精度要求不高，故選用MC14060構(gòu)成。其工作原理圖如下所示： 圖3. 1 MC140603.2倒計(jì)數(shù)以及顯示單元 十字路口要有數(shù)字顯示作為倒計(jì)時(shí)提示，以便人們更直接準(zhǔn)確地把握時(shí)間。具體工作方式為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直到減到數(shù)為“0”，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號，控制十字路口綠、黃、紅變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)某方向的工作循環(huán)。倒計(jì)時(shí)的顯示由四輸入的DCDHEX數(shù)碼顯示，顯示計(jì)數(shù)器的輸出值。有多種減法計(jì)數(shù)器可供選擇，例如74190，74191，74192，74193等等。在這里，計(jì)數(shù)器我們選用集成電路741

9、90進(jìn)行設(shè)計(jì)，是比較簡便的。通過兩種接線我們來實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，74190是十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能，保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA 、QB、QC、QD的輸入數(shù)據(jù)間接清零功能。功能表如下：D/UCLKA B C DQA QB QC QD0A B C D011減計(jì)數(shù)001加計(jì)數(shù)110 0 0 0表31 74190的功能表 圖3.2 74LS190的管腳圖要實(shí)現(xiàn)45s/25s/5s的倒計(jì)時(shí)，需要選用兩個(gè)74190芯片級聯(lián)成一個(gè)從99倒計(jì)到00的計(jì)數(shù)器。兩片計(jì)數(shù)器之間采用異步級聯(lián)的方式，利用個(gè)位計(jì)數(shù)器的借位輸出脈沖（RCO）直接作為十位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖（

10、CLK），個(gè)位計(jì)數(shù)器輸入秒脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。選用兩只帶譯碼功能的七段顯示數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)兩位十進(jìn)制數(shù)的顯示。D1C1B1A和D0C0B0A0是十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器輸入端。由74LS190的功能表可知，該計(jì)數(shù)器在零狀態(tài)時(shí)RCO端通過或門控制兩片計(jì)數(shù)器的控制端LOAD（低電平有效），從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)至“00”狀態(tài)瞬間完成置數(shù)的要求。其電路連接圖如下所示：圖3.3倒計(jì)數(shù)以及顯示單元電路圖 3.3 信號燈控制單元 信號燈控制模塊，當(dāng)相應(yīng)的倒計(jì)時(shí)到00時(shí)，完成信號燈的轉(zhuǎn)換，用于標(biāo)示交通路口的通行狀態(tài)。 本模塊采用74L107芯片，配合相應(yīng)的門電路完成信號燈的輪流轉(zhuǎn)換。圖3.4信號燈控制單元3.4黃燈提示單元

11、我們要求黃燈點(diǎn)亮的時(shí)候，黃燈進(jìn)行閃爍，用于提醒交通通過者，故用一個(gè)頻率為2Hz的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個(gè)與門連接至黃燈，即可實(shí)現(xiàn)黃燈閃爍的效果。 如下為黃燈閃爍單元電路圖：圖3.5黃燈閃爍單元電路圖說明：該電路模塊的信號來源有黃燈的點(diǎn)亮信號控制，配合相應(yīng)的頻率發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)閃爍功能。四系統(tǒng)仿真4.1 仿真說明對于該電路的整體仿真，說明如下：在接通電源后，橫豎方向顯示時(shí)間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所有顯示時(shí)間均逐秒倒計(jì)時(shí)，表示通行或停止所剩下的時(shí)間，當(dāng)減至4秒時(shí)，黃燈以秒的頻率閃爍4次后，兩個(gè)方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時(shí)間再次變?yōu)?9秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)對橫豎

12、方向交通信號燈的聯(lián)合控制4.2 系統(tǒng)仿真示意圖圖4.1 仿真電路圖五系統(tǒng)綜述以及總體電路圖5.1 系統(tǒng)綜述本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要的特色在于將橫向道和豎向道的控制進(jìn)行部分分開，即分開進(jìn)行控制，同時(shí)，他們兩個(gè)有緊密的聯(lián)系，通過公用秒脈沖信號，用時(shí)間的聯(lián)系將兩者緊密的結(jié)合起來。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過將MC14060產(chǎn)生的秒脈沖，該脈沖信號傳送至倒計(jì)時(shí)電路，該電路進(jìn)行倒計(jì)時(shí)并且將時(shí)間顯示，顯示到00時(shí)的信號傳送至信號燈控制電路，由該電路控制信號燈進(jìn)行有規(guī)律的交替的變化，變化瞬間產(chǎn)生的各個(gè)信號燈的電平狀態(tài)傳送至定時(shí)置數(shù)電路，由該電路完成對倒計(jì)時(shí)電路的置數(shù)功能，從而形成一個(gè)干道完整的循環(huán)。六元件明細(xì)表6.1 元件明細(xì)列表序 號名 稱數(shù)量174LS1902274LS082374LS861474LS322574LS0416MC140601774LS107