交通燈控制系統(tǒng) 課程設(shè)計

1、<p>　　《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計</p><p>　　設(shè)計題目： 交通燈控制系統(tǒng) </p><p>　　專 業(yè)： 10級通信工程 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　起止日期： 2012.06.18——2012.06.25</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2012年6月</b><

3、;/p><p><b>　　交通燈課程設(shè)計</b></p><p>　　摘要：十字路口的交通信號燈是現(xiàn)代人每天出行都會遇到的，在城市里街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電

4、路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全有序的通行，實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。</p><p>　　關(guān)鍵詞：秒脈沖發(fā)生器 倒計時計數(shù)器 狀態(tài)控制器</p><p><b>　　1.設(shè)計要求：</b></p><p>　　1.1畫出總體設(shè)計框圖，以說明交通燈由哪些相對獨立的功能模塊組成，標出各個模塊之間互相聯(lián)系

5、，時鐘信號傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對原理作輔助說明。</p><p>　　1.2設(shè)計各個功能模塊的電路圖、真值表（或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）并加上原理說明。</p><p>　　1.3有條件時選擇合適的元器件，在面包上接線驗證、調(diào)試各個功能模塊的電路，在接線驗證時設(shè)計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。</p>&

6、lt;p>　　1.4設(shè)計整個電路的電路圖，加上原理說明。有條件時對整個電路的元器件和布線進行合理布局，并進行整個交通燈電路的接線調(diào)試。</p><p><b>　　2.設(shè)計方案分析</b></p><p>　　2.1 總體原理框圖設(shè)計</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)的組成框圖 </p><p>　　根據(jù)設(shè)

7、計任務(wù)和設(shè)計要求，可畫出交通信號燈控制系統(tǒng)的組成框圖，如圖</p><p><b>　　1所示</b></p><p>　　可以看出，交通信號燈系統(tǒng)主要由下列模塊組成：</p><p>　　I. 秒脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時間脈沖，確保整個電路同步工作和實現(xiàn)對倒計時計數(shù)器和狀態(tài)控制電路的控制，是本系統(tǒng)的信號源。</p>&l

8、t;p>　　II．倒計時計數(shù)器：通過減法計數(shù)器對秒脈沖計數(shù)器作減法計數(shù)，完成計時任務(wù)，達到控制每一種工作狀態(tài)持續(xù)時間的目的。同時負責(zé)時間的顯示，以及控制黃燈閃爍和變?yōu)榧t燈轉(zhuǎn)換工作。 </p><p>　　III．狀態(tài)控制器：主要完成甲乙車道信號燈的轉(zhuǎn)換，接受計時計數(shù)器的信號，并完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。</p><p>　?、俳煌艨刂葡到y(tǒng)的組成框圖如圖1所示：</p><

9、p>　　圖1 交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　?、诼房诮煌ㄖ笓]系統(tǒng)示意圖如圖2所示 </p><p>　　為方便描述。假設(shè)甲車道是東西方向，乙車道是南北方向。以下東西方向均指甲車道，南北方向指乙車道。</p><p>　　圖2 路口交通指揮系統(tǒng)示意圖</p><p>　?、巯到y(tǒng)工作流程圖如圖所示如下：</p>

10、<p>　　圖3 系統(tǒng)工作流程圖</p><p>　　2.1.2 實際交通燈的變化情況和規(guī)律。</p><p>　　假設(shè)一個十字路口如上圖所以，為東南西北走向。根據(jù)設(shè)計要求，甲乙車道各有三種燈（紅、黃、綠），它們在正常工作時，亮燈的組合只有四種可能：</p><p>　?、僭O(shè)開始時甲道通行，乙道不通行，這種情況下甲車道綠燈和乙車道紅燈亮，持續(xù)時間為2

11、5s。②　25s后，甲車道停車，乙車道仍不通行，這種情況下甲車道黃燈和乙車道紅燈亮，持續(xù)時間為5s。由此可知，乙車道紅燈共需持續(xù)30ｓ③5s后，甲車道不通行，乙車道通行，這種情況下甲車道紅燈和乙車道綠燈亮，持續(xù)時間為2５s。④２５s后，甲車道仍不通行，乙車道停車，這種情況下甲車道紅燈和乙車道黃燈亮，持續(xù)時間為5s。⑤5s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復(fù)。因此，要求主控制電路也有4種狀態(tài)，設(shè)這4種狀態(tài)依次為：S0、S1、S2、S3。<

12、;/p><p>　　列出交通信號燈的狀態(tài)表如下：（其中，1代表燈亮，0代表燈滅）</p><p><b>　　綠燈（Ｇ）；</b></p><p><b>　　黃燈（Ｙ）；</b></p><p><b>　　紅燈（Ｙ）；</b></p><p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)

13、換表如表1所示。</p><p><b>　　表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</b></p><p><b>　　3.單元電路的設(shè)計</b></p><p>　　3.1 狀態(tài)控制器的設(shè)計。</p><p>　　由上面表１對實際交通燈的變化情況和規(guī)律的分析可知，四組編碼對應(yīng)四種狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：</p&g

14、t;<p><b>　　圖4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p>　　用以下6個符號來分別表示東西（A）、南北（B）方向上各燈的狀態(tài)：</p><p>　　GA=1，東西方向（甲車道）綠燈亮；</p><p>　　YA=1東西方向（甲車道）黃燈亮；</p><p>　　RA=1東西方向（甲車道）紅燈亮；<

15、;/p><p>　　GB=1南北方向（乙車道）綠燈亮；</p><p>　　YB=1南北方向（乙車道）黃燈亮；</p><p>　　RB=1南北方向（乙車道）紅燈亮。</p><p>　　實現(xiàn)信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換有多種方法，有的用CD4092芯片，有的用JK觸發(fā)器等等。比較期簡單與復(fù)雜程度后，我采用一種較簡單、更實用的電路來實現(xiàn)此功能：采用計數(shù)器74

16、163實現(xiàn)</p><p>　　74163是一個具有同步清零，同步置數(shù)，可保持狀態(tài)不變的4位二進制同步加法計數(shù)器，由以上狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可知，四種狀態(tài)對應(yīng)四種編碼，可以用4位二進制計數(shù)器實現(xiàn)。74163的功能表如表2所示。</p><p>　　表2 74163的功能表</p><p>　　若采用集成計數(shù)器74163來實現(xiàn)，則其輸出狀態(tài)編碼與車道狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系為S0=00

17、00，S1=0001，S2=0010，S3=0011,輸出的編碼從左至右依次為QA QB QC QD 進一步可以得到如下表3所示的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　表3 狀態(tài)編碼與信號燈的狀態(tài)關(guān)系表</p><p>　　由表4.1.3可得信號燈狀態(tài)的邏輯表達式：</p><p>　　GA=QA QB QC QD YA= QA QB QC QD

18、 RA= QB </p><p>　　GB= QA QB QC QD RB= QA QB QC QD YB= QB </p><p>　　車道狀態(tài)由S0 S1 S2 S3 的逐步轉(zhuǎn)換就是74163的一個加法計數(shù)的過程。74163的輸出由000開始加法計數(shù)，加至0011后又返回0000重新計數(shù)。因此只要在計數(shù)時給CLR高電平，計滿0011后給CLR

19、一個低電平，這樣就可以實現(xiàn)以上變化。因此，只需要將74163的輸出端QAQB 設(shè)用一個與非門連接后接在CLR端即可。同時LOAD、ENP、ENT置高電平，CLK輸入時鐘脈沖（暫時由時鐘信號源代替），引腳A、B、C、D、RCO懸空。接好的電路圖如圖5所示</p><p>　　圖5 74163構(gòu)成的信號轉(zhuǎn)換器 </p><p>　　3.2倒計時計數(shù)器的設(shè)計</p>

20、<p>　　十字路口一般都會設(shè)有數(shù)字顯示器用來倒計時，使行人能夠更好地把握時間。具體工作方式為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后每秒減1，直到減到數(shù)為“5”和“0”,十字路口紅黃綠燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。倒計時計數(shù)器的顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，由計數(shù)器直接驅(qū)動便顯示輸出值。</p><p>　　計數(shù)器選用集成電路74190。74190是十進制同步計數(shù)器，它的功能表

21、如下表4所示</p><p>　　表4 74190功能表</p><p>　　要實現(xiàn)25S倒計時，需用兩個74190芯片級聯(lián)成一個100進制計數(shù)器，再用整體置數(shù)法制成25進制，其中作為個位的74190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器，頻率為100HZ，再把74190芯片輸出端的QA 、QB端用一個與門連接起來，接到十位數(shù)74190芯片的CLK端。連接好的電路圖如下圖6所示：</p>

22、<p>　　圖6 倒計時計數(shù)電路</p><p>　　3.3秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　因為控制系統(tǒng)是以秒作為單位的，所以用秒脈沖發(fā)生器。秒脈沖發(fā)生器是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成的。振蕩器是計時器的核心，振蕩的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計時器的精確度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計時器精度就越高。本系統(tǒng)的秒脈沖發(fā)生器電路采用一個555定時器和三個是進制計

23、數(shù)器74160構(gòu)成。其中555定時器和RC組成多諧振蕩器，三個計數(shù)器74160 構(gòu)成分頻器。電路圖如圖7所示：</p><p>　　圖7 秒脈沖發(fā)生電路</p><p><b>　　4.總電路原理圖</b></p><p>　　將以上的單元電路通過級聯(lián)的方式即可構(gòu)成符合要求的電路，經(jīng)過Multisim軟件仿真，符合設(shè)計要求，電路圖如下圖所示&

24、lt;/p><p>　　該簡易交通信號控制器由秒脈沖發(fā)生器、狀態(tài)控制器、計數(shù)器及數(shù)字顯示電路集合</p><p>　　成。秒脈沖發(fā)生器是有555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，通過選擇合適的元器件，輸出期為1s的方波。用74LS163實現(xiàn)狀態(tài)控制電路。</p><p>　　該計數(shù)器所用的CP脈沖為周期為5s的脈沖信號。用2片74LS190兩兩聯(lián)為99減法計數(shù)器分別控制甲車道

25、與乙車道的數(shù)字顯示電路，狀態(tài)控制器控制計數(shù)器進行工作。</p><p>　　圖8 交通燈信號控制系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　5.心得體會</b></p><p>　　查找教材，資料，相應(yīng)軟件，為了這次課程設(shè)計，我們在圖書館查找了大量的相關(guān)資料，終于被我找全了和本次課程設(shè)計相關(guān)的不懂問題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計

26、要求，在Multisim環(huán)境下進行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時檢查元器件的放置、連線是否有錯誤。根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過實驗，排除所有實驗中的錯誤并實現(xiàn)了預(yù)定的功能。在圖書館查找資料，通過學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計的實驗，學(xué)習(xí)一種設(shè)計電子的軟件，增加了我們對電子設(shè)計的了解。此次實驗不但提高了我們實踐的能力和理論水平，而且對于我們認識掌握各種操作技巧具有重大意義，使我們的綜合素質(zhì)得到了很大的提高。</p><

27、;p>　　最后，我建議學(xué)校多搞些這樣的設(shè)計，在鍛煉我們的同時還豐富了我們的生活，還建議在今后的設(shè)計報告中，提供一些好的報告讓我們參考。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　1、閻石 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）》 高等教育出版社</p><p>　　3、 彭介華 《電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)》