交通灯控制设计实验报告(共19页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上安徽科技学院数字电子技术课程设计设计报告设计题目： 交通灯控制设计 班级：网络工程121姓名：丁俊杰学号： 成 绩： 评阅人： 吕跃凤 安徽科技学院理学院目录 一、设计要求（一）设计指标（二）设计要求（三）制作要求（四）编写设计报告二、原理框图三、单元电路设计四、设计步骤及方法五、总结六、参考文献交通灯控制的设计交通灯控制电路是通过采用数字电路设计的，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的新方法，指挥各种车辆和行人的安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。设计要求（一）设计指标1.为十字交叉路口设计两组信号灯控制，每组有红，绿，

2、黄三色信号灯显示。各干信号灯顺序为：红绿黄红绿，东西方向红灯亮的时间等于南北方向黄绿灯亮之和。2.设置一组数码管，以倒计时的方式显示可以通过的或者禁止通行的时间。3附加功能：当各条路上任意一条路上出现故障或有救护车，消防车等通过时，各方向都是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁。当特殊情况结束后，控制其恢复正常。（二）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、电路仿真与调试；（三）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。（四）便携设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会二、原理框图交通灯控制系统的原理框图如下图所示。它主要由控制器、定时

3、器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。 交通灯控制系统的原理框图图中： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。三、单元电路设计（一）定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）

4、同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12.2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成

5、的定时器电路如图12、4所示。电路的工作原理请自行分析。图12、3 74LS163的外引线排列图和时序波形图（二）控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1= 00状态时，如果TL= 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1= 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。图12、4 定

6、时器电路图 表12.2 74LS163功能表表12.3 控制器状态转换表 状态转换表根据表12.3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输入或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12.5所示。图中R、C构成上电复位电路 。图 12、5控制器逻辑图（三）译码器译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0

7、的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。三、单元电路设计1.1交通灯运行状态分析 交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为： 状态0：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。状态1：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁

8、止通行；状态2：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；状态3：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；4种状态循环往复，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。交通灯电路的具体运行状态框图如图1.1(人行道交通灯未标明)所示： 图1.1交通灯运行状态分析图 1.2电路工作总体框图 交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图2.2所示，有电源电路，脉冲电路，分频电路，倒计时电路，(交通灯)状态控制电路，灯显示电路。脉冲电路分频电路倒计时电路显示器状态控制电路灯显示电路电源电路供电 图1.

9、2交通灯控制电路功能模块框图 2.1电源电路：电源电路主要由整流、滤波、稳压三部分组成，用于供给数字电路的工作电源。整流部分由变压器与整流桥KBP210G组成。220V、50Hz的交流输入经过变压器之后，输出9V、50Hz的交流电压。该电压输入整流桥，整流桥由四只整流二极管接成电桥的形式组成。整流桥输出8.1V的直流电压。滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，由1mF的电容组成电容滤波电路。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适合负载电压较高，负载变动不大的场合。稳压电路用于稳定电压的输出，由三端集成稳压器L7805和电容组成。C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡

10、和抑制电路引入的高频干扰，C4用于减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。 图2.1稳压电源 2.2脉冲电路：利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出4Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。555定时器的原理图如图3.2所示，功能表如表1所示： 图2.2555定时器原理图 组成的脉冲电路如图2.3所示：根据功能表和电路图计算如下式：取R1=10kW，R2=10 kW，C=1.6uF。即可实现输出4Hz 的矩型方波。值得注意的是，在输出端接上了一个开关，可以控制系统工作的开始和暂停。2.3 分频电路分频电路利用计数器74LS193来实现，根据上面计算取4分频，即输出为2Q端，电路如图2.4 所示

11、：图2.4分频电路2.4倒计时电路：十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每s 减1 的计数方式工作，直至减到数为5和0，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s、支干道每次通行时间为20s。也就是一个循环是50s，如此先显示30s 后显示20s 倒计时，然后再显示30s 倒计时，以此类推。设计时采用两块74LS193，一块是显示十位，一块是显示个位。个位接成十进制，从

12、9 开始倒计时，当到达0 时，向高位发出一个借位信号，再继续从9 倒计时。一开始使十位数置数为3，二进制为0011，个位数为0，二进制为0000，此时个位产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的74LS193 芯片倒计时一次，结合个位的设置，电路从30 开始倒计时。当主车道绿灯亮了25s，倒计时也已经数到了5 了，此时，个位显示5，十位显示0，主车道的绿灯熄灭，主车道的黄灯开始倒计时闪亮5s，当倒计时到0 后，个位芯片74LS193 发出一个借位信号，向高位借数，但是高位已经是0 了，按照要求此时十位应该是从0 翻2，即二进制0010，为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制

13、是从0011、0010、0001 到0000 计数完，翻转为二进制0010，然后从0010、0001 到0000 倒计时，当到0000 后就结束一个循环，又从0011 开始新的一个循环。从二进制0011 和0010 两个不同的预置数，发现可以用1 个D 触发器74LS74 接成T 触发器并把Q 端接至十位倒计时的最低位来完成这个功能。高位产生借位信号时将Q 端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的Q 值置入（此时Q 值为原来的非，即由0 变1 或由1 变0），然后翻转。通过以上置数方式可实现0011 和0010

14、 的交替置入。另外，通过在特定时刻（倒计时高位由0000 变为0010 后）对T 触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最后将电路的倒计时接到译码器74HC4511，再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出 倒计时电路如下图图3.5 所示：2.5状态控制电路 如图2.1，用倒计时控制灯的变化，先将图示状态0、1、2、3 编码为00、01、10、11，当倒计时为30、20、5 的时候产生一个信号给状态转换的电路，而这个信号是电平信号的话就很难实现，所以又用了边沿触发，此时用计数器表示状态，取其低两位的计数态00、01、10、11 为灯的状态，这样的话，来一个边沿信号就能使计数器加

15、一，实现上述四状态转换。画出状态控制电路信号转换表如下表表2 所示： 2.6 总体电路图：根据上面各功能电路的设计整合，用proteus 仿真软件画出总体电路图如2.7 所示：四、元器件五、总结交通灯的设计心得体会总结 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过自己亲手实践，是我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在

16、践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会极大人的认可。 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次

17、课程设计，我掌握了NI Multisim软件的使用方法，了解了红绿灯的实际控制过程，以及如何提高电路的性能等等。 我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可

18、以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 六、参考文献1数字电子技术基础（伍时和 主编吴友宇凌玲副主编）2、数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路第三版） 王疏银 主编 高等教育出版社3、数字电路实验指导书（西安邮电学院电子与信息工程系） 张亚婷 王利 杨乐 周丽娟 郭华编专心-专注-专业