交通燈課程設(shè)計說明書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——交通燈課程設(shè)計說明書1選題背景

隨著城市和機動車輛的不斷增加,城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者之間關(guān)系的協(xié)調(diào)，已經(jīng)成了交通管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)的計算機綜合管理系統(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。

近年來,大量大城市都出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的狀況。因此,一些大城市紛紛修建市區(qū)高速馬路,在高速馬路建完初期,它們也曾有效地改善了城市交通狀況。然而,隨著交通流量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制,這

些高速道路并沒有充分發(fā)揮預(yù)期的作用。傳統(tǒng)的交通燈只是紅綠黃交替，經(jīng)常有某條路上沒車而交通燈又是綠燈亮起，這樣就造成有車的不能過，大大浪費了人們的時間，因而設(shè)計一個能控制有無車行駛的交通燈能最大限度的緩解城市及周邊地區(qū)的交通擁堵狀況,回受到廣大用戶的歡迎。1．1指導(dǎo)思想

由秒脈沖發(fā)生器，控制器，定時器和譯碼器等部分組成電路。秒脈沖時該系統(tǒng)中控制器與定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，555定時器輸出脈沖信號，通過計數(shù)器與數(shù)碼管設(shè)計顯示電路，規(guī)律開關(guān)模擬道路有無車輛，計數(shù)器主控發(fā)光二極管的亮滅。1．2方案論證

方案一：用數(shù)電電子技術(shù)來實現(xiàn)交通燈控制

它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。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)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。即采用正計時計數(shù)器，用1個計數(shù)器做主控電路，2個計數(shù)器計數(shù)，1個數(shù)據(jù)選擇器來控制紅綠黃亮燈的時間。特點：成本低廉，元器件少，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。方案二：用單片機技術(shù)來實現(xiàn)交通燈控制

用單片機技術(shù)來來實現(xiàn)交通燈控制是最簡單實現(xiàn)的，而且該電路可靠性也很高，但是這是要求設(shè)計者要有單片機編程的基礎(chǔ)上才能完成設(shè)計。

綜合考慮，我選用了數(shù)字電子技術(shù)來實現(xiàn)交通燈控制，即方案一。1．3設(shè)計任務(wù)

設(shè)計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道會集成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮阻止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則中止行駛（給行駛中的車輛有時間停在禁行線以外）。具體要求如下：

（1）讓主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車時才交替通行。

（2）可用規(guī)律開關(guān)作主支干道檢測車輛是否到來的的信號。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。

（3）由綠燈亮轉(zhuǎn)換到紅燈亮?xí)r，黃燈要亮5秒。

注：用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號指示燈；用規(guī)律開關(guān)作為支干道檢測車輛是否到來的信號。1．4設(shè)計方案

該交通燈定時控制系統(tǒng)的組成由狀態(tài)控制器（主控電路）、狀態(tài)譯碼器、加法計數(shù)器（計數(shù)電路）、秒脈沖發(fā)生等組成。

狀態(tài)控制器主要用于記錄十字路口交通燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分別點亮相應(yīng)狀態(tài)的信號燈。

秒信號發(fā)生器產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過加法計數(shù)器實現(xiàn)計數(shù)，控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。

加法計數(shù)器的回零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器下一次加計數(shù)的初始值。加法計數(shù)器的狀態(tài)由CD4511譯碼器譯碼、數(shù)碼管顯示。

工作原理框圖如圖1-1所示

秒脈沖發(fā)生器控制器主干道路信號燈

圖1-1工作原理框圖

定時器支干道路信號燈

2單元電路設(shè)計

2.1秒脈沖發(fā)生器

我設(shè)計的秒脈沖發(fā)生器是有555電路及外圍電路組成的，如圖2所示，R1、R2和C是外接定時元件，將555定時器的高電平觸發(fā)端THR與低電平觸發(fā)端TRI連接在一起，接到

R2和C1的連接處，將放電端DIS接到R1、R2的連接處，CON端接有10nF的濾波電容，以提高電路的穩(wěn)定性，也可不接。圖中R2和C組成了一個串聯(lián)的RC充放電電路，由555內(nèi)部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號和3腳上的輸出方波。

該電路輸出脈沖的周期為：

T=(R1+2R2)lnC??????????????????????????（1-1）我選擇了R1=R2=47K,C=10nF，則T=0.987s電路圖如圖2-1所示：

VCC5VR147kΩ8VCC4RSTDISTHRTRICONGND1LM555CMOUT3U1R247kΩ7625C160nFC210nF圖2-1秒脈沖發(fā)生器

2.2控制器

控制器是交通管理的核心部分，它可以依照交通規(guī)則控制信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。我這次設(shè)計的交通信號燈由四種不同的狀態(tài)，分別用S0（主干道綠燈亮，支干道紅燈亮）、S1（主干道黃燈亮，支干道紅燈亮）、S2（主干道紅燈亮，支干道綠燈亮）、S3（主干道紅燈亮，支干道黃燈亮）表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2-2所示：

圖2-2控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

顯然這是二進(jìn)制計數(shù)法，用74HC161芯片來實現(xiàn)計數(shù)功能，用數(shù)據(jù)選擇器74HC153芯片來實現(xiàn)74HC161芯片傳入的信號，將74HC161芯片的信號加到74HC153芯片的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號，即可實現(xiàn)控制功能。控制器原理圖如圖2-3所示：

VCC5VU26543101112131C01C11C21C32C02C12C22C31Y7U15AU374HC04D_4V3456ABCDQAQBQCQDRC914A2B1~1G15~2G7ENP10ENT912~LOAD~CLRCLK74HC153D_4VJ274HC161N_4VKey=Space

圖2-3控制器原理圖

2.3定時計數(shù)系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計要求，交通燈控制系統(tǒng)的定時器是由與系統(tǒng)秒脈沖發(fā)生器同步的計數(shù)器構(gòu)成，系統(tǒng)從0開始進(jìn)行增1計數(shù)來完成45秒、25秒、5秒的定時任務(wù)。采用同步十進(jìn)制加/減計數(shù)器74HC160，它具有同步清零，異步置數(shù)功能。

（1）其功能如下表2-1：

表2-174HC160的功能表

CLKXXXRD’01111

LD’X0111EPETXXXX01工作狀態(tài)置零預(yù)置數(shù)保持保持（C=0）計數(shù)X011（2）45，5，25，5，進(jìn)制循環(huán)加法計數(shù)電路設(shè)計

循環(huán)加法計數(shù)電路是通過一片74HC153雙四選一數(shù)據(jù)選擇器和兩片74HC160來實現(xiàn)，電路圖如圖2-2所示。

VCC5V3456ABCDU6QAQBQCQDRCNP10ENT912~LOAD~CLRCLK74HC160D_4VU53A4BJ15C6DKey=Space7ENP10ENT912~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115VCC5V74HC160D_4VU13AU13BU12A74HC10D_4V74HC10D_4V74HC10D_4V

圖2-4計數(shù)電路圖

2.4譯碼器

譯碼器的主要功能是將控制器輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成主干道，支干道六個發(fā)光二極管的工作狀態(tài)。由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的周期性變化的CLK脈沖，一部分送給了定器74HC160芯片，另一部分送給了控制器74HC161芯片。在脈沖ST同時加到定時器74HC160芯片的狀況下，通過芯片74HC10將會輸出TY、TY非；TL、TL非?？刂破髦械男盘栐谒徒o74HC139與74HC08芯片組成的譯碼器后再通過電路中指示燈和220歐的電阻從而得到交通燈的規(guī)律電路，這種電路的結(jié)果是通過發(fā)光二極管的正常工作來實現(xiàn)。控制器的狀態(tài)與信號燈的關(guān)系如下表2-2（A：主干道B：支干道；“1〞表示燈亮，“0〞表示燈滅）。

表2-2控制器狀態(tài)與信號燈的關(guān)系表

Q1Q200011011A綠燈1000A黃燈0100A紅燈0011B綠燈0010B黃燈0001B紅燈1100

根據(jù)真值表，可求出各信號燈的規(guī)律函數(shù)表達(dá)式為：R?Q2Q1?Q2Q1?Q2R?Q2

Y?Q2Q1Y?Q2Q1G?Q2Q1G?Q2Q1

r?Q2Q1?Q2Q1?Q2r?Q2y?Q2Q1y?Q2Q1

g?Q2Q1g?Q2Q1

電路圖設(shè)計如下圖2-5：

VCC5VU4A2311A1B~1G1Y01Y11Y21Y34567R17主路綠U14A74HC08D_4V220Ω主路黃R18220ΩR19主路紅220ΩU14B74HC08D_4VJ3Key=SpaceR20支路綠220Ω支路黃R21220ΩR22支路紅220Ω74HC139DW_4V

圖2-5譯碼器電路圖

2.5顯示電路

由CD4511和七段數(shù)碼管組成。各計數(shù)器的輸出端輸出的信號，分別送給對應(yīng)CD4511，經(jīng)過CD4511譯碼輸出的七段LED數(shù)碼管的十進(jìn)制數(shù)顯示代碼，使共陰七段LED數(shù)碼管顯示出對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，即交通燈需要的顯示時間。CD4511和七段數(shù)碼管組成的電路如圖2-4

U77126543DADBDCDD~EL~BI~LTOAOBOCODOEOFOG1312111091514R3220ΩR4220ΩR5220ΩR6220ΩR7220ΩR8220ΩR9220Ω5VCKU9ABCDEFG4511BD_5VVCCU87126543DADBDCDD~EL~BI~LTOAOBOCODOEOFOG1312111091514R10220ΩR11220ΩR12220ΩR13220ΩR14220ΩR15220ΩR16220ΩCKU10ABCDEFG4511BD_5V

圖2-6顯示器電路圖

3總電路原理圖

把各個單元電路相互連接起來，整機電路如圖3-1所示：

VCC5V3456ABCDU6QAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDD~EL~BI~LTU7OAOBOCODOEOFOG13121110915147ENP10ENT912~LOAD~CLRCLKR3220ΩR4220ΩR5220ΩR6220ΩR7220ΩR8220ΩR9220Ω5VVCCCK5VU9R17主路綠220Ω主路黃R18220ΩR19主路紅220Ω4511BD_5VVCCABCDEFG74HC160D_4VU53A4BJ15C6DKey=Space7ENP10ENT912~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDD~EL~BI~LTU8OAOBOCODOEOFOG1312111091514R10220ΩR11220ΩR12220ΩR13220ΩR14220ΩR15220ΩR16220ΩCKJ3Key=SpaceR20支路綠U10220Ω支路黃R21220ΩR22支路紅220Ω4511BD_5VVCC5VU13AU13BU12A74HC10D_4V74HC10D_4V74HC10D_4VVCCVCC5V5VU28VCCABCDEFG74HC160D_4VR147kΩU1OUT36543101112131C01C11C21C32C02C12C22C31Y7U15AU374HC04D_4V3456ABCDQAQBQCQDRCO14131211152311A1B~1GU4A1Y01Y11Y21Y345674RSTDISTHRTRICON2Y9U14A74HC08D_4VR247kΩ762514A2B1~1G15~2GGND17ENP10ENT912~LOAD~CLRCLK74HC139DW_4VC160nFC210nFU14B74HC08D_4VLM555CMJ274HC153D_4V74HC161N_4VKey=Space圖3-1總電路原理圖

4元器件清單

表4-1元器件清單:

名稱74HC16074HC1614511BD74HC1074HC0874HC15355574HC13974HC04共陰數(shù)碼管47KΩ220Ω10nF60nF單刀雙擲開關(guān)單刀單擲開關(guān)個數(shù)21231111122201112

5調(diào)試過程與結(jié)果（或者仿真結(jié)果）

5.1通電前檢查

電路安裝完畢后，細(xì)心檢查電路各部分接線正確，電源、元器件之間無短路，器件無接錯現(xiàn)象。5.2通電檢查

1．先調(diào)試秒信號發(fā)生器。用示波器來監(jiān)視秒信號發(fā)生器的輸出，輸出信號的周期應(yīng)為1S。2．直接將秒信號接入計數(shù)電路脈沖輸入端，在該脈沖作用下，數(shù)碼管開始計數(shù)。3．將秒脈沖信號接入芯片74HC161上，在脈沖的作用下，主支干道綠紅黃指示燈交替亮。4．把各個單元電路相互連接起來，進(jìn)行系統(tǒng)通調(diào)。6.3結(jié)果分析

當(dāng)按鈕按下時，通過按動按鍵開關(guān)給系統(tǒng)復(fù)位，使系統(tǒng)自動運行，按鈕斷開時模擬支干道無車，主干道綠燈常亮，支干道紅燈常亮，再次將按鈕按下，系統(tǒng)恢自動運行。仿真結(jié)果見附錄圖6-1。

6心得體會及今后的改進(jìn)看法

6.1心得體會

通過這一次的課程設(shè)計，我對相關(guān)的電子技術(shù)知識有了進(jìn)一步的認(rèn)識，對于電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作有了一定的了解，同時加深了對相關(guān)知識的把握。通過實踐，對書本上的知識有了更深的理解，有效的將書本知識和實際狀況