课程设计-交通信号灯控制电路的设计.doc

课程设计任务书课题名称交通信号灯控制电路的设计完成时间指导教师职称学生姓名班 级总体设计要求和技术要点设计一个交通信号灯控制电路。要求：1主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。2每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，此时原红灯不变。3用十进制数字（递增计数）显示放行和等待时间。4选作部分：采用倒计时的方式显示方形和等待时间。工作内容及时间进度安排第15周：周1-周3 立题论证方案设计、熟悉软件周4-周5检查设计结果，预答辩第16周：周1-周2 仿真实验周3-周4 验收答辩周5完成设计报告课程设计成果1与设计内容对应的软件程序2课程设计报告书内 容 摘 要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。关键词：计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器。目 录一、 概 述 1二、方案设计与论证11方案设计12论证2三、单元电路设计与分析 21555定时器构成多谐振荡器 32用74ls161计数器构成5、20、30进制计数器 33用三态门、非门和d型锁存器构成控制电路 4四、总电路图及元器件清单51总电路图52元器件清单5五、结论5六、心得体会6七、参考文献6一、概述 用555定时器构成一个多谐振荡器，即信号产生器，为计数器提供信号，再用74ls161（16进制计数器）分别构成5进制、20进制、30进制计数器（即支干道黄灯亮、绿灯亮和红灯亮的时间），再利用三态门（控制端高电位时为导通电路，反之为关闭电路的特性）、非门和d型锁存器（s、r分别为置1和置0强迫端的特性）构成控制电路来控制5、20、30进制计数器电路工作之间的转换，即利用三态门、非门和d型锁存器的特性在各进制计数器产生进位信号时，控制相关进制电路工作与不工作从而实现5、20、30进制计数器电路工作之间的转换和指示亮灭状态的转换。二、方案设计与论证1方案设计图1 交通控制灯电路设计如图1所示为交通控制电路设计方案图，根据概述中的设计思想及方法来实现下图（图2）的交通指示灯状态转换图中描述的指示灯的转换及每种状态维持的时间（用数码显示管来显示）。状态1左右黄灯亮前后红灯亮状态0左右绿灯亮前后红灯亮状态3左右红灯亮前后黄灯亮状态2左右红灯亮前后绿灯亮图2 交通指示灯状态转换图2论证 用示波器来测量555构成的多谐振荡器产生的脉冲周期是否为1s；连接数码显示管来显示各个状态的转换以及每种状态持续的时间来验证控制电路知否正确；根据交通指示灯状态转换图来检验信号译码驱动电路是否正确。三、单元电路设计与分析1555定时器构成的多谐振荡器图3 555定时器构成的多谐振荡器如图所示为555定时器构成的多谐振荡器，c2为0.01uf，若c1取10uf，依据公式周期t=（r1+2r2）cln2 可计算出r1+2r2=144k欧姆时可得到周期为1s的振荡信号。2用74ls161计数器构成5、20、30进制计数器图4 74ls161构成的5、20、30进制计数器 若图所示设计数器从上到下分别记为1、2、3、4。1为5进制计数器：将输出端q2、q0（信号为0101即5）经一与非门与74ls161的置0端mr相连，即计数器累加到5时置0；2与3构成30进制计数器：2为十进制计数器，即个位计数器，进位输出端与3的enp、ent端相连，3为三进制计数器，即十位计数器（2、3进制的实现与1计数器构成5进制原理一样）；2与4构成20进制计数器：与2、3构成的30进制原理一样。3用三态门、非门和d型锁存器构成控制电路图5 控制电路如图所示设上边两个三态门和一个非门为1，下边的为2，其中上边的三态门为s1，下边的为s2，另外上边锁存器为d1，下边的为d2。初始状态：d1、d2输出端q为0，1中s1关闭，s2导通，2中s1关闭，s2导通，即20进制电路工作；当20进制电路十位上产生进位信号清零的同时，将d1置1，即开通5进制电路，关闭20、30进制电路；当5进制电路产生进位信号清零的同时，将d1置0，d2置1，即前者开通20、30进制电路同时关闭20进制电路，结果只有30进制电路工作；当30进制电路产生进位信号清零的同时，将d2置0，而此时d1也为0，回到了初态，如此循环实现了对5、20、30各进制间的转换。四、总电路图及元器件清单1总电路图图6总电路图2元器件清单表1 元器件清单元件序号型号主要参数数量备注u1u3u7u1074ls1614个计数器u30u317seg-bcd2个数码管显示器u12u274004个与非门u40074hc082个与非门u1374102个与非门u40074hc082个与门u1974ls022个或非门u11u6u1874hc329个或门u4u17u100740412个非门d1led-red2个红色发光二极管d2led-yellow2个黄色发光二极管d3led-green2个绿色发光二极管u8u1574744个d型锁存器u145551个555定时器r1r210watt1k72k72k2个电阻c1c2audio220n0.01uf10uf2个电容五、结论通过为期两周的课程设计，我应用所学数字电子技术顺利得完成了交通灯控制器的设计。期间，我查阅里很多相关书籍，学到了很多知识，并利用它们设计了符合设计要求的信号产生器、计数器、控制电路等。不仅巩固了课堂知识，而且有效的和实际结合在了一起，扩展了所学知识和见识。在设计过程中遇到不少问题，如相关元件运用条件不熟、接口不对应等问题，感觉到书本知识与实际问题及需要结合的难处，但也激发了我这方面的兴趣，提高了理论结合实际的意识。六、心得体会由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。有一点是在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，而又一下找不出问题所在，只有在查了书上有关这方面的解释后才有所进展，因此耗费在这上面的时间很多。总体感觉是：通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决