交通燈課設(shè)論文

1、武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告 設(shè)計(jì)名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 交通燈控制系統(tǒng) 學(xué)生學(xué)號： 專業(yè)班級： 電氣 班 學(xué)生姓名： 學(xué)生成績： 指導(dǎo)教師： 戴璐平 課題工作時間： 2015-06-19 至 2015-07-01 目 錄摘 要 . 2Abstract . 2第一章 課題背景（或緒論、概述）. 31.1 設(shè)計(jì)背景.31.2 設(shè)計(jì)目的.31.3 設(shè)計(jì)意義.41.4 本章小結(jié).4第二章設(shè)計(jì)簡介及設(shè)計(jì)方案論述 . 52.1 設(shè)計(jì)簡介. 52.2 設(shè)計(jì)方案論述.52.3 本章小結(jié).6第三章詳細(xì)設(shè)計(jì). 73.1 方波產(chǎn)生電路 .7 3.2 定時器電路.83.3 控制器電路

2、103.4 本章小結(jié).11第四章設(shè)計(jì)結(jié)果及分析.124.1 總體設(shè)計(jì)結(jié)果.124.2 總體設(shè)計(jì)分析 .124.3 電路檢驗(yàn) .124.4 本章小結(jié).13 第五章 電路仿真.14總 結(jié) .15致 謝 .16 參考文獻(xiàn) .16 附錄 主要元器件使用 .17 摘 要設(shè)計(jì)一個具有三種信號燈的交通燈控制器：由一條主干道和一條支干道組成的十字路口，在每個路口設(shè)置紅、綠、黃三種信號燈，紅燈亮則禁止該干道通行，綠燈亮允則許該干道通行，黃燈亮則已過斑馬線的車?yán)^續(xù)前行，未過斑馬線的車停止前進(jìn)。原則為主干道與次干道交替通行，信號燈變換次序?yàn)椋褐鞲傻谰G燈和次干道紅燈亮45秒，然后主干道黃燈和次干道紅燈亮5秒，然后主干

3、道紅燈和次干道綠燈亮25秒，最后主干道紅燈和次干道黃燈亮5秒，如此循環(huán)。關(guān)鍵詞：交通燈，集成電路，譯碼電路，控制電路，LED燈，數(shù)碼管 AbstractDesign a traffic light controller has three lights:Consists of a main road and a branch road intersection, at each intersection set of red, green and yellow light, red light is a ban on the trunk road traffic, green light wi

4、ll make the road traffic is allowed, yellow light has a zebra crossing on car to move forward, not the pedestrian crossing the car stop.Principles for the main and secondary trunk road passage alternately, signal transformation sequence is: the main green light and secondary trunk road red light for

5、 45 seconds, then the main and secondary trunk road red light yellow lights on 5 seconds, and then the main red light and green light 25 seconds time road, main road red light and final time road yellow lights for 5 seconds, so cycle.Keywords：traffic light，Integrated circuit，Decoding circuit， Contro

6、l circuit，LED lights, digital tube第1章 課題背景1.1 設(shè)計(jì)背景 交通是城市經(jīng)濟(jì)活動的命脈，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題自人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，道路交通一直是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素。而使用合理的交通燈可以合理的規(guī)劃城市交通，從而為城市的快速運(yùn)輸和發(fā)展提供最優(yōu)化的交通解決方案。 由于缺乏能提高交通狀況、特別是缺乏擁塞網(wǎng)絡(luò)交通狀況的實(shí)時控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復(fù)雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對城市交通瓶頸問題并代表

7、智能決策的阻塞處理則是智能交通控制優(yōu)化管理的關(guān)鍵和突破口。 車輛的不斷增多，表明車輛對道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。自 從開始使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實(shí)際進(jìn)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破。因此，研究基于智能集成的城市交通信號控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價值和實(shí)用價值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應(yīng)城市交通的發(fā)展，從長遠(yuǎn)來看該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 設(shè)計(jì)目的 隨著城市化進(jìn)程的大大加快，誘發(fā)的交通需求急劇增長，供需矛盾不斷激化，嚴(yán)重的交通問題也隨之而來。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管

8、理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊，這一切要?dú)w功于城市交通控制系統(tǒng)中的交通燈控制系統(tǒng)。交通燈控制系統(tǒng)對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果，使城市交通得以有效管理。 十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)紅綠燈的自動指揮是城市交通自動化的重要課題。本課題利用數(shù)字電路的基本知識和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個簡單的交通燈控制系統(tǒng)要求。1. 掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和方法，掌握一個大的系統(tǒng)中各子

9、系統(tǒng)之間的相互作用和相 互制約關(guān)系；2. 運(yùn)用數(shù)字電路理論知識自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個較為完整的小型數(shù)字系統(tǒng)。通過系統(tǒng)設(shè) 計(jì)、電路安排與調(diào)試、寫設(shè)計(jì)論文等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)的具體步驟和方法，提 高分析問題和解決問題的能力，提高實(shí)際應(yīng)用水平；3.學(xué)會用中規(guī)模器件設(shè)計(jì)一個符合要求的系統(tǒng)，并熟悉常用中規(guī)模器件的用法；4.學(xué)會按照電路圖在面包板上合理布局使各器件在系統(tǒng)中的連線更簡單，清晰；5.掌握連接實(shí)物圖的一般步驟和方法，學(xué)會系統(tǒng)安裝與調(diào)試的一般步驟和方法；6.在實(shí)踐中運(yùn)用理論知識，培養(yǎng)實(shí)際動手能力；7.更明確學(xué)習(xí)的目的和實(shí)際意義。1.3 設(shè)計(jì)意義 隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通工具的數(shù)量也在日益增

10、多，但是道路資源是有限的，所以交通控制就應(yīng)運(yùn)而生，在人們的生活中扮演著重要的角色。從19世紀(jì)到現(xiàn)在隨著科技的不斷發(fā)展，交通燈的發(fā)展是交通日漸繁華的必然產(chǎn)物，交通燈控制系統(tǒng)對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果，使城市交通得以有效管理?，F(xiàn)如今交通燈已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，是維護(hù)交通秩序的重要工具，信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了生命的安全和社會秩序的穩(wěn)定，交通控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展也在進(jìn)一步提高，同時也解決了人類交通因需求增多而帶來的諸多問題。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動脈，交通控制系統(tǒng)的完善是社會發(fā)展的一大保

11、證，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。同時，該課程設(shè)計(jì)把學(xué)到的東西運(yùn)用到實(shí)際中，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計(jì)可以懂得理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識，才能提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程遇到各種各樣的問題，同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識，還有新的收獲。1.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了交通燈的發(fā)展、背景，做該課程設(shè)計(jì)的目的、

12、意義以及隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，交通控制系統(tǒng)在社會生活中所起到的重要作用。交通燈的出現(xiàn)減少了交通事故的發(fā)生，在一定程度上保障了人們的安全，也是人類智慧的又一結(jié)晶。第2章 設(shè)計(jì)簡介及設(shè)計(jì)方案論述2.1 設(shè)計(jì)簡介2.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個十字路口的交通燈定時控制系統(tǒng) 1.由一條主（A）干道和一條支（B）干道組成十字路口； 2.主干道和次干道交替通車； 3.主干道比次干道通車時間長； 4.實(shí)現(xiàn)主干道和次干道交替運(yùn)行的只能控制。2.1.2設(shè)計(jì)的基本原理 本次課程設(shè)計(jì)主要由秒脈沖信號發(fā)生器、控制器、定時器和譯碼器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸

13、出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的核心部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。主要設(shè)計(jì)流程如圖（1）圖（1）2.2 設(shè)計(jì)方案論述1. 設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一個由一條主干道和一條支干道組成的十字路口，在每個路口設(shè)置紅（R）、綠（G）、黃（Y）三種信號燈，主（A）干道與次（B）干道交替通行，信號燈變換次序?yàn)椋褐鞲傻谰G燈和次干道紅燈亮45秒，然后主干道黃燈和次干道紅燈亮5秒，然后主干道紅燈和次干道綠燈亮25秒，最后主干道紅燈和次干道黃燈亮5秒，如此循環(huán)。即亮燈順序?yàn)椋篈G、BR亮45秒，AY、BR亮5秒，AR、BG亮25秒，AR、BY亮5秒，循環(huán)。2. 設(shè)計(jì)思路：通過秒脈沖信

14、號發(fā)生器產(chǎn)生頻率約為1Hz的方波脈沖，將該信號源傳送到定時器使系統(tǒng)進(jìn)行以秒為單位的倒計(jì)時，并將倒計(jì)時用數(shù)碼管顯示出來，同時LED信號燈的輸出也由譯碼器控制輸出信號，而控制電路作為該設(shè)計(jì)的核心部分，控制譯碼器和定時器的工作。3. 交通信號燈的狀態(tài)：狀態(tài) AG AY AR BG BY BR0 1 0 0 0 0 11 0 1 0 0 0 12 0 0 1 1 0 03 0 0 1 0 1 0注：“0”表示燈滅，“1”表示等亮2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了該交通燈的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思路，以及該交通燈的工作原理。第三章 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 秒脈沖發(fā)生電路該電路的主要功能是通過運(yùn)算放大器TL082組成遲滯比

15、較器，再與-5V電源組成加法器實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)生周期為一秒的矩形波從而每隔一秒觸發(fā)74LS192進(jìn)行倒計(jì)時。1. 芯片介紹： TL082 的引腳如圖（2）所示，里面集成了兩個運(yùn)算放大器。 圖（2）2. 方波產(chǎn)生電路的電路圖： 圖（3）為產(chǎn)生方波的秒脈沖產(chǎn)生電路，由左邊的遲滯比較器和右邊的積分電路兩部分組成，從R2右邊的懸空端輸出的為方波。圖（4）為經(jīng)過整流管后輸出的去掉了負(fù)脈沖的方波。圖（3） 圖（4）3.2 定時器電路該電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的倒計(jì)時，由兩個74ls192 分別做十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時功能。1. 芯片介紹：圖（5） 圖（6） 圖（7） 圖（8）1）74LS192的引腳排

16、列及邏輯符號分別如圖（5a）和圖（5b）2） 圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、 Q1、 Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。3）74LS192的功能表如圖（6）所示。4） 圖（7）為CD4511的引腳圖。其中A1、A2、A3、A4為8421BCD碼輸入端，a、b、c、 d、e、f、g為譯碼輸出端，蘇常柴為高電平“1”有效。5） 圖（8）為共陰極LED七段數(shù)碼管，顯示器共陰極鏈接，接低電平的字段發(fā)光。2. 定時器電路的電路圖： 圖（9）為定時器電路的電路圖，主要由兩片74LS192組成，個位減計(jì)數(shù)器的清零

17、脈沖作十位減計(jì)數(shù)器的脈沖源，而個位的脈沖源從秒脈沖發(fā)生器引入。然后通過兩片譯碼器4511控制數(shù)碼管的倒計(jì)時顯示。圖（9）3.3控制器電路控制器電路作為該交通燈設(shè)計(jì)電路的核心部分，其主要功能是控制定時器和譯碼器的工作。1. 芯片介紹： 74LS74的內(nèi)部組成及引腳如圖（10）所示，74ls74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路模塊。74LS08的內(nèi)部組成及引腳如圖（11）所示，其中集成了四個二輸入與門電路。 圖（10） 圖（11）2. 控制器電路的電路圖： 圖（12）為控制器電路的電路圖，主要是通過74LS74中的兩個D觸發(fā)器控制六個LED燈的

18、亮滅。圖（12）3.4本章小結(jié) 從各芯片的引腳和功能到運(yùn)用這些芯片聯(lián)合其他器件一起組成具有一定功能的電路，需要有對所有芯片的充分認(rèn)知和明確的設(shè)計(jì)思路，本章主要從脈沖發(fā)生電路、定時器電路、譯碼電路和控制器電路等各方面詳細(xì)介紹了該交通燈設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和各模塊的功能，把這些摸塊兒根據(jù)一定的規(guī)律組合在一起就可以組成總的交通燈設(shè)計(jì)方案。第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4.1總體設(shè)計(jì)結(jié)果圖（13）為在Multisim13.0中仿真設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)圖圖（13）4.2總體設(shè)計(jì)分析總設(shè)計(jì)電路圖由脈沖發(fā)生電路、定時器電路、譯碼電路、控制器電路及其他電阻、電容等一起構(gòu)成。了解了各芯片的功能后，簡單的芯片連接并不是很難，相對比較

19、難的部分是倒計(jì)時秒數(shù)的轉(zhuǎn)換，由于數(shù)碼管顯示的時間依次是45S、5S、25S、5S，所以這里采用的是將個位的74LS192直接置為0101（B），即十進(jìn)制的5，十位的74LS192為0XX0，然后C和B分別連接次干道的黃燈和主干道的黃燈，以此為反饋來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管倒計(jì)時秒數(shù)的轉(zhuǎn)換。4.3電路檢驗(yàn)電路連接完后，要進(jìn)行調(diào)試檢驗(yàn)，以檢測是否達(dá)到相應(yīng)要求，因?yàn)橛袝r即使按照成功的仿真設(shè)計(jì)電路圖進(jìn)行連接的電路也不一定能達(dá)到預(yù)期的效果，而且事實(shí)證明也確實(shí)是這樣的。在連接好電路板后進(jìn)行檢驗(yàn)調(diào)試時常用到的儀器有：萬用表、示波器和信號發(fā)生器。線路連接完畢后，不能急于通電，要形成這種習(xí)慣，應(yīng)該先仔細(xì)檢查，這些檢查具體包括

20、：1、連線是否正確可以按照電路圖檢查安裝線路或者按照實(shí)際線路來對照原理圖電路進(jìn)行查線，為了防止出錯，對于已查過的線通常應(yīng)該在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆1”檔，或數(shù)字式萬用表“歐姆檔”的蜂鳴器來測量，可直接測量元器件的引腳，這樣就可以同時發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。2、 元器件的安裝情況 檢查元器件引腳之間有無短路和接觸不良的情況，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管“+”“-”極不能接反。3、 測試電路中線路是否接通 用萬用表的“歐姆檔”，測試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測的一組線的起始線和末端線的兩端，看電阻是否為0，若是則證明是通的，如果是無窮大，則證明中間有線是斷

21、開的，要一根一根的檢查該組的每一根線，直到檢查出為止。在電路檢驗(yàn)時出現(xiàn)小的問題要盡量用簡單的方法解決，若是錯誤太多，在需要的情況下則需要把部分甚至整個電路全部拆掉重新連接，這樣才能保證最后電路能夠達(dá)到需要的要求，實(shí)現(xiàn)交通燈的控制功能。4.4本章小結(jié) 本章主要展示了整體設(shè)計(jì)電路圖，以及對整個電路的分析和實(shí)際檢驗(yàn)調(diào)試。第5章 電路仿真如圖（14）是在Multisim13.0中四種狀態(tài)下的仿真結(jié)果舉例圖（14）總 結(jié)經(jīng)過兩個星期的努力，我們小組終于完成了電子計(jì)數(shù)課程設(shè)計(jì)交通燈控制電路系統(tǒng)。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了很多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)電和模電的基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電路的知識和有關(guān)器件的應(yīng)用。我深刻地體會到數(shù)字電子技術(shù)對當(dāng)代社會發(fā)展的重要作用。原本以為兩三天就可以完成，但是實(shí)際接觸了才