数电交通灯设计 完整更完整.doc
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1、课程设计任务书学生姓名: 赵嘉凝 专业班级: 计算机112班 指导教师: 裴瑞平 学院: 计算机与信息学院 题 目: 交通灯控制器 前言在现代城市中,人口和汽车日益增长,市区交通也日益拥挤,人们的安全问题也日益重要。因此,红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口,用来控制车的流量,提高交叉口车辆的通行能力,减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进,设计方法也开始多种多样,从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来,随着电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大
2、的改进,电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,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方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。因此,在本次课程设计里,将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力,掌握交通信号灯控制电路的设计方法。设计要求: 1.分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯; 2.定周控制:主干道绿灯30秒,支干道绿灯20秒; 3.每次由绿灯变为红灯时,应有5秒黄灯亮作为
3、过渡; 4.设计计时显示电路。最后,由于所学知识有限以及自身的许多不足,设计中难免出现错误,请老师批评指正。 目录第一章 系统概述51.1 系统概述51.2 交通灯逻辑分析51.3总体设计方案5第二章 单元电路设计与分析82.1秒脉冲信号发生器的设计82.2定时器的设计102.3 控制器的设计12 2.4 显示电路的设计16第三章 结束语193.1 系统综述:193.2 总结及心得体会203.3 芯片介绍203.4 总体电路图 见附图223.5 元器件明细表23鸣谢23参考文献24摘要: 交通信号灯常用于交叉路口,用来控制车的流量,提高交叉口车辆的通行能力,减少交通事故。交通灯控制器主要由控制
4、器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路及信号灯组成。控制器由74LS153与74LS74来实现,脉冲发生器用晶体震荡器产生,计数器采用两个74161来实现,显示电路经过74LS192的倒计数、七段显示译码器7447及七段数码显示器连接起来实现。控制器通过RT对定时器进行控制,从而实现数字的显示及绿、黄、红灯的转换。关键字: 交通灯、控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示电路、状态、转换、主支干道。设计要求: 1、设计一个十字路口的交通信号灯控制电路,要求有一条主干道和一条支干道组成的两条交叉道路上的车辆交替通行在每条道路的入口处设置红、黄、绿三色信号灯,红灯亮表示禁止通行,绿灯亮表示允许通行,
5、黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。定周控制:主干道绿灯30秒,支干道绿灯20秒; 2、每次由绿灯变为红灯时,应有5秒黄灯亮作为过渡; 3、分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯; 4、设计计时显示电路。 第一章 系统概述1.1 系统概述: 系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号,通过定时器向控制器发出三种定时信号,使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下,改变交通灯信号,分别产生三种倒计时时间显示,控制器根据定时器的信号,进行状态间的转换,使显示器的显示发生相应转变。1.2 交通灯逻辑分析
6、: 图1表示位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统,每条道路设一组信号灯,每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成,绿灯表示允许车辆通行,红灯表示禁止通行,黄灯为过渡灯,表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过停车线的车辆禁止通行。1.3 总体设计方案: 图1为交通灯的一个整体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心部分,由它控制定时器和译码器的工作,而秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号,译码器输出两路信号灯的控制信号。 图中TL、TS、TY为定时器的输出信号,ST为控制器的输出信号。MG、MY、MR分别表示主干道绿、黄、红三
7、色灯,NG、NY、NR分别表示支干道绿、黄、红三色灯。当某车道绿灯亮时,允许车辆通行,同时定时器开始计时,当达到指定时间时,TL输出为1,否则TL输出为0;当某车道黄灯亮后,定时器开始计时,当计时到5秒时,TY输出为1,否则TY0;当某车道红灯亮时,定时器开始计时,当计时到指定时间时,TS输出为1,否则TS0。 因此,用定时器分别产生三个时间间隔后,向控制器发出“时间已到”的信号,控制器根据定时器的信号,决定是否进行状态转换。如果肯定,则控制器发出状态转换信号ST,定时器开始清零,准备重新计时。 交通灯控制器的控制过程分为四个阶段,对应的输出有四种状态,分别用S0、S1、S2、S3表示。 S0
8、状态:主干道绿灯亮,支干道红灯亮,此时主干道允许车辆通行,主干道禁止车辆通行。当主干道绿灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。 S1状态:主干道黄灯亮,主干道红灯亮,此时主干道允许超过停车线的车辆继续通行,而未超过停车线的车辆禁止通行,支干道禁止车辆通行。当主干道黄灯亮够规定时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。 S2状态:主干道红灯亮,支干道绿灯亮。此时主干道禁止车辆通行,支干道允许车辆通行,当支干道绿灯亮够规定时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。 图1 交通灯系统框图 S3状态:支干道红灯亮,支干道黄灯亮。此时主干道禁止车辆通行,支干
9、道允许超过停车线的车辆通行,而未超过停车线的车辆禁止通行。当支干道红灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态-S0状态。 S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、11、10,由此得到控制器的状态,如表1,表2所示。 表1 状态转换表状态主干道支干道时间(s) S0 绿灯亮,允许通行 红灯亮,禁止通行 30S1黄灯亮,停车红灯亮,禁止通行5S2红灯亮,禁止通行绿灯亮,允许通行20S3红灯亮,禁止通行黄灯亮,停车5 图2画出了控制器的状态转换图,其中TL、TS、TY为控制器的输入信号,ST为控制器的输出信号。 第二章 单元电路设计与分析2.1. 秒脉冲信号发生
10、器的设计:方案一:本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。因为该电路的输出脉冲的周期T0.7(R1+2R2)C,若T=1s,令C=10f,R1=39K,那么R251K。取一固定电阻47K与一个5K的电位器想串联代替电阻R2。在调试电路时,调节电位器RP ,使输出脉冲周期为1s。如图3.1所示: 图3.1秒脉冲信号发生器 方案二: 用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器,如图3.2。 先用石英晶体振荡器和若干电阻电容组成频率为32768Hz的信号发生器,再用十四位二进制计数器CD4060 14进行14分频使其成为2Hz的信号,最后用D触发器进行2分频,使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号。
11、 图3.2 石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器 方案选择: 本设计中由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲,其精度会影响计数器的精度,进而影响控制系统的精度,因此要求秒脉冲信号具有比较高的精度,为提高精度可先做一个频率比较高的矩形波振荡器,然后将其输出信号分频,就可以得到频率较低而精度比较高的脉冲信号发生器。用石英晶体构成秒脉冲信号发生器不需要外加输入信号,而且其脉冲频率很稳定,起振快、时基精度高,它的工作频率仅决定于石英晶体的振荡频率,而与电路中的R、C的数值无关。 综上考虑,在实际应用中秒脉冲信号发生器的设计选用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。但由于本次设计是基于mult
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