(完整word版)數(shù)電——交通燈控制器設計

1、大連交通大學電氣信息學院綜合設計報告設計名稱：數(shù)字邏輯綜合設計設計題目：交通燈控制器學生學號：專業(yè)班級：學生姓名：第一章課題背景1.1背景如今隨著人們生活水平的提高，車輛越來越多，交通事故頻繁發(fā)生。 交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏通交通流量，提高道 路通行能力，減少交通事故有明顯效果。交通燈在城市交通中起著重要 的作用，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P，是人們出行的安全保障。因此提 供一個問題、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實的必要性。 為了解決這些問題，我們更應該提高交通控制和管理水平，合理使用現(xiàn) 有交通設施，充分發(fā)揮其能力，提高交通效率，促進和諧交通的建立。目前交通燈控制系統(tǒng)

2、的設計軟件也種類繁多，有基于EDA設計的，基于單片機設計的，基于 DSPS計的，基于ARMft入式的等。還有用標準 邏輯器件、可編程控制器 PLC等方案來實現(xiàn)。但是這些控制方法的功能 修改及調(diào)試都需要硬件電路的支持，在一定程度上增加了功能修改及調(diào) 試的困難。所以現(xiàn)在國內(nèi)外廣泛采用EDAK術設計交通燈控制系統(tǒng)。在國外，英國，澳大利亞，日本和美國等國家均在交通控制系統(tǒng)上日益完 善。如以澳大利亞悉尼為背景開發(fā)的交通自適應協(xié)調(diào)系統(tǒng)SCATSSydneyCoordinated Adaptive Traffic System ),英國的運輸和道路研究所(TRRL 研制的 SCOOTSplit Cycle

3、Offset Optimization Technique) 系統(tǒng)，日本的京三(Kyosan)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)，大都是在各路口附近 安裝磁性環(huán)路監(jiān)控器，由各路口的控制設備、人員將交通控制參數(shù)通過 通訊網(wǎng)絡輸入微處理器，用小型計算機進行集中處理。目前國內(nèi)已有一 些自主開發(fā)的城市交通控制系統(tǒng)，如公安部交通科學研究所開發(fā)的 HT-UTCS系統(tǒng)，但它在整體性能上比國外同類系統(tǒng)仍有較大差距，只在 一些中小城市得到一些應用。國內(nèi)城市尤其是大城市引進的交通控制系 統(tǒng)大部分為進口的SCOO下口 SCATSZ及京三系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)均是建立 在機動車為主的道路交通條件基礎之上的被動控制系統(tǒng)之上的。由于我 國交通是

4、混合交通流，和國外交通流不大相同，因此，國外的這些交通 控制系統(tǒng)在國內(nèi)的使用效果不盡人意。所以，國內(nèi)科技人員也在孜孜不 倦的研究著更好的交通燈控制系統(tǒng)。這次，由于知識水平有限，只用簡單的電路來介紹交通燈的工作原理。 介紹了數(shù)字電子技術中非常重要的幾個芯片：定時器555、二-五-十進制異步計數(shù)器74LS9。七段顯示譯碼器45LS11、七段數(shù)碼管觸發(fā)、D觸 發(fā)器。1.2 目的和意義1.2.1 目的(1)掌握計數(shù)器74LS90和74LS74 555定時器的功能及應用(2)進一步了解實際應用中時序邏輯電路的設計和調(diào)試方法(3)學會常用數(shù)字電路的設計1.2.2 意義利用所學的數(shù)字電路的知識，將理論與實際

5、結合起來，解決實際問題， 通過綜合設計提高對所學理論知識的理解，更深入地了解常見的幾種元 器件的功能，同時，提高動手能力和獨立思考的能力，以及解決問題的 能力，進一步激發(fā)對數(shù)字邏輯這門課的興趣。1.3 基本理論依據(jù)交通燈控制系統(tǒng)的設計主要利用了 74LS90和74LS74構成30進制計 數(shù)器，用做時間顯示電路，555定時器構成多諧振蕩器為控制系統(tǒng)提供 時鐘，D觸發(fā)器在輸入高電平時具有翻轉(zhuǎn)特性來控制黃燈閃爍，十字路 口東西與南北方向的交通燈相互交替亮，黃燈在紅綠燈都不亮時閃爍的 特點來設計信號燈控制電路。1.4 主要內(nèi)容(1)交通燈控制電路主要由多諧振蕩電路、時間顯示電路和信號燈控制電路組成。(

6、2)設計簡介和設計方案論述。(3)詳細分析多諧振蕩電路、時間顯示電路和信號燈控制電路的原理 和功能。(4)實驗結果分析和實驗總結。第二章設計簡介及設計方案論述2.1 設計簡介、 控制vm 器IT FlcllKM74LS9QD圖3.2.1用74LS90構成的10進制計數(shù)器3.3 信號燈控制電路3.3.1 信號燈控制的組成東西南北四個方向，各有一組燈，用了 2片D觸發(fā)器，當南北方向的 亮紅燈時，東西方向必須是綠燈，設置紅燈和綠燈各亮30秒，黃燈閃5秒。與門U19和U20分別控制紅燈和綠燈,異或門U21、非門U14與門 U17都是用來進行黃燈的控制。3.3.2 信號燈控制電路原理信號燈控制電路如下圖

7、3.5.2所示，最初南北方向亮綠燈，東西方 向亮紅燈，2片的觸發(fā)器，則Q是在有效時鐘下狀態(tài)進行翻轉(zhuǎn)，2片JK 觸發(fā)器的Q端都是低電平。在倒數(shù)第五秒時，U12A的Q進行翻轉(zhuǎn)，則變 成高電平，紅綠燈都不亮，黃燈要亮，故接了個異或門后再接個非門來 控制黃燈亮；在0秒時，U12A和U12B的Q都進行翻轉(zhuǎn)，U12A的Q變成 低電平，U12B的Q變成高電平，U12B和U12A白Q相與后得到低電平， 故此時南北方向亮紅燈，東西方向亮綠燈，黃燈就停止了閃爍。通過以 上過程就實現(xiàn)了對交通燈的控制。LFD1主紅4高位MLS08DMLS MDYu 1 F4LSI4DU7B74L&D8OU7CrSLSOBDUfDLE

8、D3I 為主黃LED43 咫知支紅LEDLE021LriLFD5圖3.5.2信號燈控制電路3.4 總電路圖及元器件清單3.4.2元器件清單表3.6.2兀器件清單型號主要參數(shù)數(shù)量備注7490清。端、置9端1個r同步計數(shù)器7SEG-BCD-GRN7段、綠色2個數(shù)碼顯示器74322個輸入端2個或門74113個輸入端2個與門RES2k、15k1個電阻CAP0.01uF、10uF2個電容BUTTON人工控制1個按鍵7474D輸入1個D觸發(fā)器TRAFFICLIGHT紅綠黃燈2個交通燈555頻率3Hz1個555定時器第四章設計結果及分析4.1 設計結果在未進行人工干預的情況下，當電路運行時，東西方向紅燈亮，

9、南北 方向亮綠燈，經(jīng)過30秒后，由于D觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)，綠燈熄滅，黃燈亮， 當黃燈閃5秒后，東西方向亮綠燈，南北方向亮紅燈，經(jīng)過 20秒后，綠 燈熄滅，黃燈開始閃5秒，然后東西方向再次亮紅燈，南北方向再次亮 綠燈，以此周期為60秒的狀態(tài)重復下去。4.2 結果分析由555定時器構成的多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖作為整個交通燈控制系統(tǒng) 的最原始的時鐘，2個74S90主要構成了 30進制時間顯示器，東西南北 方向的紅綠燈時相互交替亮55秒,黃燈在紅綠燈都不亮的情況才閃5秒。在60-55秒時2片D觸發(fā)器的Q端都是低電平，U12A和U12B的Q端相與后為高電平，東西方向亮紅燈，南北方向亮綠燈；在倒數(shù)第5秒時，U12

10、A的Q的狀態(tài)進行翻轉(zhuǎn)，則變成高電平，紅綠燈都不亮，黃燈要亮， 黃燈閃5秒后，2個JK觸發(fā)器都要進行翻轉(zhuǎn)，U12A的Q變成低電平，U12B的Q變成高電平，U12B和U12A的Q相與后得到低電平，故此時南北方向亮紅燈，東西方向亮綠燈，黃燈就停止了閃爍。重復上述周期為60秒的狀態(tài)，就完成了交通燈的基本控制。總 結通過為期一周的課程設計，我應用所學數(shù)字邏輯的知識順利得完成 了交通燈控制器的設計。在此期間，我查閱里很多相關書籍，在網(wǎng)上查 了一些相關芯片的資料，學到了很多知識，并利用它們設計了符合設計 要求計數(shù)器、控制電路等電路的仿真。不僅鞏固了課堂知識，而且有效 的和實際結合在了一起，加強了我們動手、思

11、考、解決問題的能力，并 擴展了所學知識和見識。在電路設計過程中，遇到了如下問題：(1)以前我們做過數(shù)字邏輯的基本實驗，對各種計數(shù)器芯片都有了 ,較深入的了解，但是當要自己選擇幾種芯片并進行綜合設計時，還 是有點問題，因此我又花了一節(jié)課的時間，進行芯片功能的測試。(2)設計黃燈亮的時候有問題，最初想設置黃燈在倒數(shù)第5秒的時 候閃一下，那時候用的芯片是 7490,沒有達到預期的效果，仔細看 電路，是芯片的脈沖有問題，芯片的脈沖應該接原始脈沖。(3)用7490芯片控制黃燈時，黃燈閃時總伴隨著紅燈或者綠燈亮， 在實際生活中這種情況是不能存在的，因此利用D觸發(fā)器D都是高 電平時翻轉(zhuǎn)的特性和借助一些門電路，換掉了 7490芯片。(4)黃燈需要閃5秒鐘，我已經(jīng)設置了倒數(shù)5秒和0秒時的信號傳 出，可是，黃燈的總是只閃了一下，加了一個與門，達到了黃燈閃 5秒的目的。通過這次課程設計使我懂得了理論與實踐相結合的重要性，只有理 論知識僅僅是不夠的，只有把自己所學的理論知識與實踐相結合起來， 從理論中得出結論，在實踐中運用結論，才能真正為社會服務，從而提 高自己的實際動能和獨立思考能力，同時在設計過程中發(fā)現(xiàn)了