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

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告 題 目： 數(shù)顯交通信號燈控制系統(tǒng)課程設(shè)計 學(xué) 院： 信息工程與自動化學(xué)院 專 業(yè)： 生醫(yī)121 學(xué)生姓名： jiangjinman 學(xué) 號： 摘要交通運輸是國家經(jīng)濟發(fā)展的動力，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，為計數(shù)器提供工作頻率。計數(shù)器由兩塊74LS190級聯(lián)構(gòu)成，實現(xiàn)倒計數(shù)。在接通電源后，橫豎方向顯示時間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所

2、有顯示時間均逐秒倒計時，表示通行或停止所剩下的時間，當減至3秒時，黃燈以秒的頻率閃爍4次后，兩個方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時間再次變?yōu)?秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程，實現(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 計數(shù)器 聯(lián)合控制目錄一課題名稱以及設(shè)計要求41.1課題名稱41.2設(shè)計要求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)計與分析73.1秒脈沖發(fā)生電路73.2倒計數(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、元件明細表126.1 元件明細列表12七參考文獻12八收獲體會與總結(jié)12一課題名稱以及設(shè)計要求1.1課題名稱數(shù)顯交通信號燈控制系統(tǒng)1.2設(shè)計要求 簡易交通信號燈控制，主要實現(xiàn)功能如下：1. 正?？刂疲涸诮油娫春?，橫豎方向顯示時間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所有顯示時間均逐秒倒計時，表示通行或停止所剩下的時間，當減至3秒時，黃燈以秒的頻率閃爍3次后，兩個方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時間再次變?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，為計數(shù)器提供工作頻率。計數(shù)器由兩塊74LS190級聯(lián)構(gòu)成，實現(xiàn)倒計數(shù)。在接通電源后，橫豎方向顯示時間均為59秒，橫方向的綠燈亮，豎方向的紅燈亮，然后所有顯示時間均逐秒倒計時，表示通行或停止所剩下的時間，當減至3秒時，黃燈以秒的頻率閃爍3次后，兩個

5、方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時間再次變?yōu)?9秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程，實現(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)主要有以下幾個重要的模塊夠構(gòu)成：1.秒脈沖產(chǎn)生模塊2.倒計時及顯示模塊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：倒計時計數(shù)以及顯示信號燈控制電路定時順序置數(shù)電路紅黃綠燈閃爍倒計時計數(shù)以及顯示信號燈控制電路定時順序置數(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 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現(xiàn)功能，但又相互配合的思路

6、，用時間的相關(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，應(yīng)有3秒黃燈亮作為過渡；則其時間循環(huán)圖如下所示：綠燈60秒黃燈3秒紅燈30秒橫向循環(huán)時間圖2.2 橫向道時間循環(huán)圖紅燈60秒綠燈30秒黃燈3秒豎向道循環(huán)時間圖2.3 橫豎向道時間循環(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)生秒脈沖信號倒計時工作及顯示顯示信號燈控制三種燈亮滅順序置數(shù)對計數(shù)器置數(shù)提供三種燈轉(zhuǎn)換的信號提供一秒的CP脈沖信號提供倒計時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，計數(shù)器預(yù)置數(shù)60

7、秒，在CP脈沖的作用下開始進行倒計時，當?shù)褂嫈?shù)至零時，可以對信號燈控制電路產(chǎn)生一個上升沿的單脈沖，完成一次計數(shù)，實現(xiàn)對綠燈，黃燈和紅燈的亮滅的控制，此時紅燈亮，當三種信號燈完成一次狀態(tài)變化時，將變化的信號傳送給譯碼器，由譯碼器選中相應(yīng)的預(yù)置的倒計時數(shù)，并將該倒計數(shù)置給計數(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)的時間動力，提供計數(shù)器的工作時鐘頻率，從而完成倒計數(shù)模塊信號傳遞。秒脈沖發(fā)生電路是由MC14060產(chǎn)生。因為控制系

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倒計數(shù)以及顯示單元 十字路口要有數(shù)字顯示作為倒計時提示，以便人們更直接準確地把握時間。具體工作方式為：當某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直到減到數(shù)為“0”，產(chǎn)生一個標志信號，控制十字路口綠、黃、紅變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進入下一個某方向的工作循環(huán)。倒計時的顯示由四輸入的DCDHEX數(shù)碼顯示，顯示計數(shù)器的輸出值。有多種減法計數(shù)器可供選擇，例如74190，74191，74192，74193等等。在這里，計數(shù)器我們選用集成電路741

9、90進行設(shè)計，是比較簡便的。通過兩種接線我們來實現(xiàn)倒計時計數(shù)器，74190是十進制同步可逆計數(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減計數(shù)001加計數(shù)110 0 0 0表31 74190的功能表 圖3.2 74LS190的管腳圖要實現(xiàn)45s/25s/5s的倒計時，需要選用兩個74190芯片級聯(lián)成一個從99倒計到00的計數(shù)器。兩片計數(shù)器之間采用異步級聯(lián)的方式，利用個位計數(shù)器的借位輸出脈沖（RCO）直接作為十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖（

10、CLK），個位計數(shù)器輸入秒脈沖作為計數(shù)脈沖。選用兩只帶譯碼功能的七段顯示數(shù)碼管實現(xiàn)兩位十進制數(shù)的顯示。D1C1B1A和D0C0B0A0是十位和個位計數(shù)器輸入端。由74LS190的功能表可知，該計數(shù)器在零狀態(tài)時RCO端通過或門控制兩片計數(shù)器的控制端LOAD（低電平有效），從而實現(xiàn)了計數(shù)器減計數(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，當相應(yīng)的倒計時到00時，完成信號燈的轉(zhuǎn)換，用于標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、我們要求黃燈點亮的時候，黃燈進行閃爍，用于提醒交通通過者，故用一個頻率為2Hz的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個與門連接至黃燈，即可實現(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亮信號控制，配合相應(yīng)的頻率發(fā)生器，實現(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，然后所有顯示時間均逐秒倒計時，表示通行或停止所剩下的時間，當減至4秒時，黃燈以秒的頻率閃爍4次后，兩個方向的紅綠燈亮滅相互交換，顯示時間再次變?yōu)?9秒，繼續(xù)重復(fù)上述過程，實現(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，主要的特色在于將橫向道和豎向道的控制進行部分分開，即分開進行控制，同時，他們兩個有緊密的聯(lián)系，通過公用秒脈沖信號，用時間的聯(lián)系將兩者緊密的結(jié)合起來。所設(shè)計系統(tǒng)通過將MC14060產(chǎn)生的秒脈沖，該脈沖信號傳送至倒計時電路，該電路進行倒計時并且將時間顯示，顯示到00時的信號傳送至信號燈控制電路，由該電路控制信號燈進行有規(guī)律的交替的變化，變化瞬間產(chǎn)生的各個信號燈的電平狀態(tài)傳送至定時置數(shù)電路，由該電路完成對倒計時電路的置數(shù)功能，從而形成一個干道完整的循環(huán)。六元件明細表6.1 元件明細列表序 號名 稱數(shù)量174LS1902274LS082374LS861474LS322574LS0416MC140601774LS107