十字路口交通信号灯控制电路的设计.docx

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1、名目设计内容.21、电路的工作原理32、性能简介.53、整体电路框图.64、各局部电路的设74.1、规律掌握电路的设计.74.2、秒脉冲和 4S 脉冲产生电路的设计 .154.3 设计直流稳压电源电路.175、整体电路及工作原理介绍.186、心的体会 .197、材料单.208、参考资料.2110设计内容在城镇街道的十字穿插路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路制止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆连续通行； 绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯掌握电路自动掌握十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换

2、，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通治理的自动化。设计一个十字路口的交通信号灯掌握电路，根本要求如下：（1） 甲车道和乙车道两条穿插道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25 秒。（2） 每次绿灯变红灯时，黄灯先亮 5 秒钟，才能变换运行车道。（3） 黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能：（4） 十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；（5） 要求通行时间和黄灯亮的时间均可在 099s 内任意设定。1.1 电路的工作原理交通灯定时掌握电路的原理框图如图 2 所示。它主要由掌握器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等局部组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和掌握

3、器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的掌握信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，掌握器是系统的主要局部，由它掌握定时器和译码器的工作。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，由掌握器发出状态转换信号，由它掌握定时器开头下一个工作状态的定时。定时器T秒冲脉LTYST甲车道信号灯掌握器译码器乙车道信号灯图 1 交通灯掌握电路原理框图规律掌握电路是本设计的核心电路，由它掌握交通信号灯按要求方式点亮(一

4、般经驱动电路去掌握信号灯)。1.2 设计规律掌握电路1.2.1 信号灯白天工作方式某方向绿灯点亮 20 秒，然后黄灯点亮 4 秒，最终红灯点亮 24 秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。交通信号灯白天工作挨次流程图：南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮5t南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮1t南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮5t南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮1t图 2 交通信号灯白天工作挨次流程图注：t4S，黄灯亮时每秒闪动一次。南北方向绿、黄、红灯分别用 NSG、NSY、NSR 表示，东西方向绿、黄、红灯分别用 EWG、EWY、EWR 表示。从上述工作方式看出，有些输出是并行的：如南北方

5、向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。就某个方向而言，绿、黄、红灯亮的时间比为 5：1：6。选时间单位即 CP 为 4 秒，则绿灯亮的时间为 5420 秒，黄灯亮的时间为 144 秒，红灯亮的时间为 6424 秒。1.2.2 夜间工作方式南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。综合上述要求，电路包括：秒脉冲CP发生电路、分频器由秒脉冲得4 秒脉冲、时序规律电路、组合规律电路。建议用TTL 集成电路实现上述各局部电路。1.3 设计直流稳压电源电路直流稳压电源的任务是为整体电路供给直流电源，故稳压

6、电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要。直流稳压电源电路包括：降压、整流、滤波、稳压四个环节。要求对四个环节进展参数计算和器件选择。2 性能简介该交通灯掌握系统有白天和夜间两种工作模式：选择白天工作方式， 东西南北方向绿灯亮 20s，黄灯以一秒的频率闪耀 4s，与此同时，南北东西 方向红灯亮 24s，切换到另一方向；选择夜间工作方式，东西南北方向黄灯每秒闪动一次，其他灯不亮。3 整体电路框图整体电路框图如下：东西信号灯南北信号灯组合规律电路十二进制计数器工作方式掌握开关4 分频器秒脉冲产生电路图 3 电路整体框图4 各局部电路的设计4.1 规律掌握电路的设计4.1.1 白天工作方

7、式规律掌握电路的设计时序规律掌握电路.方案论证由于每个工作循环周期为 12，所以可选用 12 进制计数器作为掌握电路的核心。计数器可以用触发器组成，也可以用中规模集成计数器组成。应显示方式的要求建议用中规模移位存放器组成扭环形 12 进制计数器。移位存放器推举用 TTL 类型，8 位串入并出一位存放器 74LS164。.74LS164 有关资料.引脚图输入输出清零R DL H H HHL H HL LLLLQA0 QB0 HL LQC0 QD0LLLLQE0QF0QG0QH0L功能表图 4 74LS164 引脚图时钟串入CPA BQAQBQCQDQEQFQGQHQ AnQ Bn Q CnQ D

8、n Q EnQ FnQ GnQ AnQ Bn Q CnQ Dn Q EnQ FnQ GnQ AnQ Bn Q CnQ Dn Q EnQ FnQ GnQA0 QB0 QC0 QD0 QE0 QF0 QG0 QH0：分别为存放器输出 QA QB QCQD QE QF QG QH 在指明稳态输入条件建立之前的电平。Q An Q Bn Q Cn Q Dn Q En Q Fn Q Gn：分别为存放器输出 QA QB QCQDQE QF QG QH 在时钟最近消灭上升沿之前的电平。R：异步清零端，低电平有效。DA、B：串行输入端。当两个输入端任何一个或两个为低电寻常制止数据输入，并在下一个时钟的上升沿输出

9、移位，并将第一级 QA置为低电平。当两个均为高电寻常，在下一个时钟的上升沿输出移位，并将第一级 QA置为高电平。.应用电路.用 74LS164 组成的 12 进制扭环型计数器电路图 5 12 进制扭环型计数器电路输R入CP计数器输出QAQBQCQDQEQF.12 进制扭环型计数器真值表D00000000111000001211000013111000141111001511111016111111170111111800111119000111110000011111000001112000000 组合规律电路.真值表依据白天信号灯的点亮要求，将时序规律电路的输出作为组合规律电路的输入，而组合

10、规律电路的输出给信号灯的驱动电路。组合规律电路的真值表如下。000000100001100000100001110000100001111000100001111100100001111110010001111111001100011111001100001111001100000111001100000011001100000001001010000000100001计数器输出QA QB QC QD QE QF南北信号东西信号NSGNSYNSREWGEWYEWR.表达式由上表写出组合规律电路输出与输入的表达式，经化简得： 南北方向东西方向NSG QE QFEWG=QEQFNSYQE QFEW

11、Y QE QFNSRQFEWRQF利用表达式，将时序规律电路的输出作为组合规律电路的输入，通过门电路可以实现白天信号灯的规律掌握电路。由上述表达式可以看出，组合规律电路用到两个非门，四个两输入与门。建议非门选用 TTL 集成门 74LS04，与门选用TTL 集成门 74LS08。固然，以上仅是考虑白天工作方式时的状况。下面将介绍白天和夜间综合考虑的状况，综合考虑后，表达式需要修改，则门电路也需要作响应的修改。黄灯点亮的按秒闪动，将在下面考虑。4.1.2 白天和夜间综合考虑按设计要求，夜间仅有南北和东西方向的黄灯点亮，而其它灯熄灭。为此， 在夜间应使 74LS164 停顿循环工作，即通过开关将

12、164 的R接地，使 164 的所D有 Q 端全部清零。白天R为高电平，164 循环工作。由 74LS164 组成的 12 进D制扭环形计数器电路中的开关就是白天、夜间掌握开关。在夜间由于R0 使 164 的全部 Q 端清零后，会消灭下述问题：D NSG QEQ ，由于Q 端均为低电平，则NSG 为高电平，即南北绿灯点F亮，明显这是不允许的，所以 NSG 的表达式需要修改； EWR QF，由于 Q 端均为低电平，则 EWR 为高电平，即东西红灯点亮，明显这是不允许的，所以 EWR 的表达式需要修改； NSYQE Q 、EWY QQF，由于 QE 、QF 均为低电寻常，则 NSY、FEEWY 为

13、低电平，即南北和东西方向的黄灯不能点亮，明显这是不允许的，所以NSY、EWY 的表达式需要修改。上述三个问题不符合信号灯的点亮要求。解决方法如下： 在夜间由于 QEQF0 使 NSG1 的解决方法令 NSG RQQ ，马上原两输入与门改为三输入与门。那么在夜间由于DEFR0，则 NSG0；在白天由于R1，则 NSG RQQ QQ ，即南DDDEFEF北绿灯按白天工作方式点亮。虽然 EWG= QEQF，在夜间QEQF0，则EWG=0，即不点亮。但为了对称，也将其表达式修改为 EWG= R DQEQF。 在夜间由于 QF0，使 EWR QF 1 的解决方法令 EWR R D QF ，马上 EWR

14、与QF 之间的连线改为两输入与门。那么，在夜间由于R D 0，则 EWR0，即不能点亮；而在白天由于R D 1，则 EWR R D QF QF ，即东西方向红灯按白天工作方式点亮。虽然 NSRQF，在夜间由于QF0，则NSR0，即不点亮。但为了对称也将其修改为 NSR R D QF。 在夜间由于 QEQF0，使 NSYQE Q 、EWY QQF 均为 0 的解决FE方法使 NSY RQE Q ，EWY R QQF，马上原来的两输入与门改为在DDFE与门之后再增加一级两输入或门，其一个输入端为 R，马上R经过一级非门DD后作输入，另一个输入端为原来两输入与门的输出QE Q 的输出或QQF 的输F

15、E出。那么，在夜间由于R0， R1，则 NSY=EWY=1，即点亮；而在白FEFDD天由于R D 1， R D 0，则 NSY R D QE Q QE Q ，EWY R D QQF QQF，即各方向的黄灯按白天工作方式点亮。E4.1.3 黄灯点亮按秒闪动的设计将上述修改后的黄灯的输出信号送入两输入与门的一个输入端，另一输入端输入秒脉冲信号，就可以实现黄灯点亮时按秒闪动。4.1.4 规律掌握原理电路、工作原理、器件选择 规律掌握原理电路由 12 进制扭环形计数器和修改后的组合规律掌握电路的表达式，则规律掌握电路如以下图所示。白天夜间图 6 组合规律掌握电路 工作原理由规律掌握电路设计局部可知，在

16、白天工作方式下， R D1，NSGR D QE QF ，NSR R D QF，NSY R D QE QF QE QF ，EWG= R D QEQF，EWR R D QF ，EWY R D QE QF。其中黄灯还需要通过秒脉冲实现闪耀的效果。在夜间工作方式下，R D 0，两个方向的黄灯在秒脉冲作用下闪耀， 其它灯不会亮。 器件选择非门选内有六单元非门74LS04 一片，两输入与门选内有四单元芯片74LS08 两片，两输入或门选内有四单元芯片 74LS32 一片，三输入或门选内有三单元芯片 74LS11 一片。.74LS04 有关资料.引脚图图 7 74LS04 引脚图真值表输入0输出110.74

17、LS08 有关资料.引脚图图 8 74LS08 引脚图真值表输入输出ABY000010100111.74LS11 有关资料.引脚图真值表图 9输入74LS11 引脚图输出ABCY00000010010001101000101011001111.74LS32 有关资料.引脚图真值表图 10 74LS32 引脚图输入输出ABY0000111011114.2 秒脉冲和 4S 脉冲产生电路的设计4.2.1 秒脉冲发生器的设计 方案论证秒脉冲由秒脉冲振荡器产生。秒脉冲可以由高频石英晶体振荡器输出经分频得出，也可以用与非门多谐振荡器得出，也可以用 IC555 组成的多谐振荡器得出。由于本设计对秒脉冲准确度

18、要求不高，建议承受 IC555 多谐振荡器产生。 由 IC555 组成的多谐振荡器电路图 11 多谐振荡器电路C2 为防止干扰信号的沟通旁路电容，一般为0.01F。振荡周期由R1、R2、C1 打算，TR12R2C1ln2。一般选定其中两个元件的数值，另一个的数值通过计算得出。 工作原理介绍电源通过电阻 R1、R2 对电容 C1 充电，充到 2/3Vcc 后，电容通过 555 内置电路放电，放到 1/3 Vcc 后，重复上述过程。 器件选择集成 555 定时器引脚图图 12 555 定时器引脚图4.2.2 4S 脉冲的产生的设计 方案论证4S 脉冲是为 74LS164 供给的 CP 脉冲。从理论

19、上讲，4S 脉冲可以用多谐振荡器来产生。为了使整体电路的脉冲协调全都，4S 脉冲应将秒脉冲经过 4 分频器得出。因此，4S 脉冲电路的设计实际上就是 4 分频器的设计。 4 分频器的设计建议用 74LS74 实现 4 分频器。74LS74 是内有两个 D 触发器的 TTL 集成电路，将每一触发器接成T 触发器，两级串联就实现 4 分频，即输入 1S 脉冲，输出 4S 脉冲。 原理电路和工作原理介绍图 13 74LS74 原理电路由上述方案可知，承受 74LS74 芯片，当秒脉冲输入到两个D 触发器中，实现 4 分频，相应周期变为原来的 4 倍，产生 4s 的脉冲。 器件选择74LS74 有关资

20、料.引脚图真值表图 14 74LS74 引脚图4.3 设计直流稳压电源电路直流稳压电源的任务是为整体电路供给直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要。直流稳压电源电路包括：降压、整流、滤波、稳压四个环节。承受对 220V 沟通电降压、整流、电容滤波、集成稳压器稳压的方案。直流稳压电源电路图如图 7 所示：图 15 直流稳压电源电路5 整体电路及工作原理介绍5.1 整体电路图5.2 工作原理介绍图 16 整体电路图由集成 555 定时器连成多谐振荡器，通过电阻电容匹配产生秒脉冲。通过74LS74 中的两个D 触发器，对秒脉冲进展 4 分频，生成 4s 的脉冲。由于各信

21、号灯的时间之比为5:1:6， 用 74LS164 连成十二进制计数器，综合其使能端对各信号灯进展掌握，各灯用发光二级管模拟。开关用来切换白天和夜间工作方式。6 心得体会对于这一次的收获，自己觉察问题解决问题的力量有所提升。还有就是对自己细心程度的提升。我们从书本上学到的学问应用于实践， 再次稳固了我的动手力量，提高了我的思考力量。虽然设计过程中遇到了很多困难，但是在解决这些问题的过程无疑是对自身专业素养的提高。当最终调试成功的时候也是对自己的一种确定。此次的设计不仅增加了自己在专 业设计方面的信息， 鼓舞了自己， 更是一次兴趣的培育。通过这次毕业设计，加强了我动手、思考和解决问题的力量。电路原

22、理和连接， 和芯片上的选择, 也略懂。稳固数字规律电路的理论学问还有如何利用 555 芯片产生秒脉冲. 计数器的工作原理。 更重要的是如何将规律电路敏捷运用于实际生活。我觉得做毕业设计同时也是对课本学问的稳固和加强， 寻常看课本时， 有时问题老是弄不懂， 做完毕业设计， 那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比方一些芯片的功能，寻常看课本，这次看了，下次就忘了，主要是由于没有动手实践过吧！生疏来源于实践，实践是生疏的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的毕业设计，对我们的作用是如此之大。7 材料单序号名称元件编号参数备注1四位二进制加74LS1641法计数器2四输入与门74LS0823四输入非门74LS0414四输入或非门74LS3215双 D 触发器74LS7416发光二极管红6各 2 个绿黄7555 定时器18稳压管780519电阻5kW110电阻44kW211电容0.01uF112电容10uF113三位三输入与74LS111门14整流桥82291参考资料1 数字电子技术根底第五版高等教育出版社,20232 童诗白主编，模拟电子技术根底，高等教育出版社，20233 付家才主编，电子工程实践技术，化学工业出版社，2023