交通燈控制系統(tǒng)數(shù)電技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　淮海工學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)電技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目 ： 交通燈控制電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　系 （院）： 電子工程學(xué)院

2、 </p><p>　　學(xué) 期： 2011-2012-2 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電子101 </p><p>　　姓 名： 尚全全 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 521004117 &

3、lt;/p><p><b>　　一 、引言</b></p><p><b>　　1．1 內(nèi)容摘要</b></p><p>　　十字路口的交通信號(hào)燈是現(xiàn)代人每天出行都會(huì)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(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道

4、路上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)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(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。</p><p>　　二 、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)一個(gè)十字

5、路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒；</p><p>　　2、要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車道；</p><p>　　3、黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次 </p><p>　　4、每路口均有時(shí)間顯示（兩位LED）</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求：</p><

6、;p>　　1、畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說(shuō)明交通燈由哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間互相聯(lián)系，時(shí)鐘信號(hào)傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對(duì)原理作輔助說(shuō)明。</p><p>　　2、設(shè)計(jì)各個(gè)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(shuō)明。</p><p>　　3、有條件時(shí)選擇合適的元器件，在面包上接線驗(yàn)證、調(diào)試各個(gè)功能模塊的電路，在接線驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出

7、方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出方式要便于電路的測(cè)試和故障排除。</p><p>　　4、設(shè)計(jì)整個(gè)電路的電路圖，加上原理說(shuō)明。有條件時(shí)對(duì)整個(gè)電路的元器件和布線進(jìn)行合理布局，并進(jìn)行整個(gè)交通燈電路的接線調(diào)試。</p><p><b>　　三 、設(shè)計(jì)方案分析</b></p><p>　　3.1 總體原理框圖設(shè)計(jì)</p>&l

8、t;p>　　3.1.1 系統(tǒng)的組成框圖 </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，可畫出交通信號(hào)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(hào)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(gè)定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間脈沖，確保整個(gè)

9、電路同步工作和實(shí)現(xiàn)對(duì)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器和狀態(tài)控制電路的控制，是本系統(tǒng)的信號(hào)源。</p><p>　　II．倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器：通過(guò)減法計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖計(jì)數(shù)器作減法計(jì)數(shù)，完成計(jì)時(shí)任務(wù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的目的。同時(shí)負(fù)責(zé)時(shí)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(hào)燈的轉(zhuǎn)換，接受計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的信號(hào)，并完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。</p&g

10、t;<p>　　①交通燈控制系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示：</p><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

11、意圖</p><p>　　③系統(tǒng)工作流程圖如圖所示如下：</p><p>　　圖3 系統(tǒng)工作流程圖</p><p>　　3.1.2 實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。</p><p>　　假設(shè)一個(gè)十字路口如上圖所以，為東南西北走向。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，甲乙車道各有三種燈（紅、黃、綠），它們?cè)谡９ぷ鲿r(shí)，亮燈的組合只有四種可能：</p>&

12、lt;p>　　①設(shè)開始時(shí)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(shí)間為25s。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(shí)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(shí)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(shí)間為5s。⑤5s后又回到第一種情況

13、，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。</p><p>　　列出交通信號(hào)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><

14、;b>　　紅燈（Ｙ）；</b></p><p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示。</p><p><b>　　表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</b></p><p>　　四 、單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　由上面表１對(duì)實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律的

15、分析可知，四組編碼對(duì)應(yīng)四種狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：</p><p><b>　　圖4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b></p><p>　　用以下6個(gè)符號(hào)來(lái)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>

16、<p>　　RA=1東西方向（甲車道）紅燈亮；</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(shí)現(xiàn)信號(hào)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(jiǎn)單與復(fù)雜程

17、度后，我采用一種較簡(jiǎn)單、更實(shí)用的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能：采用計(jì)數(shù)器74163實(shí)現(xiàn)</p><p>　　74163是一個(gè)具有同步清零，同步置數(shù)，可保持狀態(tài)不變的4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，由以上狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可知，四種狀態(tài)對(duì)應(yīng)四種編碼，可以用4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)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(jì)數(shù)器

18、74163來(lái)實(shí)現(xiàn)，則其輸出狀態(tài)編碼與車道狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系為S0=0000，S1=0001，S2=0010，S3=0011,輸出的編碼從左至右依次為QA QB QC QD 進(jìn)一步可以得到如下表3所示的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　表3 狀態(tài)編碼與信號(hào)燈的狀態(tài)關(guān)系表</p><p>　　由表4.1.3可得信號(hào)燈狀態(tài)的邏輯表達(dá)式：</p><p>　　GA=QA QB Q

19、C QD YA= QA QB QC QD 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(gè)加法計(jì)數(shù)的過(guò)程。74163的輸出由000開始加法計(jì)數(shù)，加至0011后又返回0000

20、重新計(jì)數(shù)。因此只要在計(jì)數(shù)時(shí)給CLR高電平，計(jì)滿0011后給CLR一個(gè)低電平，這樣就可以實(shí)現(xiàn)以上變化。因此，只需要將74163的輸出端QAQB 設(shè)用一個(gè)與非門連接后接在CLR端即可。同時(shí)LOAD、ENP、ENT置高電平，CLK輸入時(shí)鐘脈沖（暫時(shí)由時(shí)鐘信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換器 </p><

21、;p>　　4.2倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　十字路口一般都會(huì)設(shè)有數(shù)字顯示器用來(lái)倒計(jì)時(shí)，使行人能夠更好地把握時(shí)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(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，由計(jì)數(shù)器直接驅(qū)動(dòng)便顯示輸出值。</p><p>　　計(jì)數(shù)器

22、選用集成電路74190。74190是十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，它的功能表如下表4所示</p><p>　　表4 74190功能表</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)25S倒計(jì)時(shí)，需用兩個(gè)74190芯片級(jí)聯(lián)成一個(gè)100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再用整體置數(shù)法制成25進(jìn)制，其中作為個(gè)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(gè)與門連接起來(lái)，接到十位數(shù)74190

23、芯片的CLK端。連接好的電路圖如下圖6所示：</p><p>　　圖6 倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路</p><p>　　4.3秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)。</p><p>　　因?yàn)榭刂葡到y(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(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成的。振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，振蕩的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計(jì)時(shí)器的精確度，一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)器精度

24、就越高。本系統(tǒng)的秒脈沖發(fā)生器電路采用一個(gè)555定時(shí)器和三個(gè)是進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160構(gòu)成。其中555定時(shí)器和RC組成多諧振蕩器，三個(gè)計(jì)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>　　五、 總電路原理圖</b></p><p>　　將以上的單元電路通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式即可構(gòu)成符合要求的

25、電路，經(jīng)過(guò)Multisim軟件仿真，符合設(shè)計(jì)要求，電路圖如下圖所示</p><p>　　該簡(jiǎn)易交通信號(hào)控制器由秒脈沖發(fā)生器、狀態(tài)控制器、計(jì)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(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，通過(guò)選擇合適的元器件，輸出期為1s的方波。用74LS163實(shí)現(xiàn)狀態(tài)控制電路。</p><p>　　該計(jì)數(shù)器所用的CP脈沖為周期為5s

26、的脈沖信號(hào)。用2片74LS190兩兩聯(lián)為99減法計(jì)數(shù)器分別控制甲車道與乙車道的數(shù)字顯示電路，狀態(tài)控制器控制計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作。</p><p>　　圖8 交通燈信號(hào)控制系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　六、心得體會(huì)</b></p><p>　　查找教材，資料，相應(yīng)軟件，為了這次課程設(shè)計(jì)，我們?cè)趫D書館查找了大量的相關(guān)資料，終于被我找全了和本次

27、課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問(wèn)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(jì)要求，在Multisim環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時(shí)檢查元器件的放置、連線是否有錯(cuò)誤。根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。在圖書館查找資料，通過(guò)學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)電子的軟件，增加了我們對(duì)電子設(shè)計(jì)的了解。此次實(shí)驗(yàn)不但提高了我們實(shí)踐的能力和理論水平，而且對(duì)于我們認(rèn)識(shí)掌握各種操作技巧具有重大意

28、義，使我們的綜合素質(zhì)得到了很大的提高。</p><p>　　最后，我建議學(xué)校多搞些這樣的設(shè)計(jì)，在鍛煉我們的同時(shí)還豐富了我們的生活，還建議在今后的設(shè)計(jì)報(bào)告中，提供一些好的報(bào)告讓我們參考，謝謝！</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</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>

29、<p>　　3、 彭介華 《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 高等教育出版社</p><p>　　4、程勇《實(shí)例講解Multisim10電路仿真》 人民郵電出版社</p><p>　　5、唐程山《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與綜合實(shí)訓(xùn)》 人民郵電出版社</p><p>　　6、王連英《基于Multisim10的電子仿真實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)