交通灯控制系统.doc

电气工程学院课程设计报告课程设计题目：交通信号灯控制电路的设计要求完成的内容：一、设计要求：1.1 定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒。1.2 每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡。1.3 分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯。1.4 设计计时显示电路。二、制作要求：自行对设计所需元器件进行装配和调试，并及时发现问题和解决问题。指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名： 年 月 日交通信号灯控制电路的设计一、 总体方案的选择1.1系统的概述及框图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。针对这一实际目标，结合自己所学的数字电路基础，设计出了一套交通灯控制系统，主要由控制器、秒脉冲发生器、定时器、译码显示器及信号灯组成。控制器由74LS153和74LS74来实现，脉冲发生器由晶体振荡器产生。计数器采用两个74LS161来实现，显示电路经过74LS192的倒计数、七段显示译码器7447及七段译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以及绿、黄、红灯的转换。图表 1.1 交通灯系统框图1.2方案的分析与比较 按照以上的系统框图，设计了两套设计方案。方案一采用555定时器组成秒脉冲发生器，使其输出1s的周期脉冲。定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74161构成。选用两个触发器作为时序寄存器产生四种状态来组成控制器。采用74LS192进行减计数，然后将输出接到七段显示译码器上。每个干道用5个74LS192减计数器来显示两位数字。方案二采用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。用74LS193直接构成减计数器。控制器仍然选用两个触发器作为时序寄存器产生四种状态。采用74LS193进行减计数器，然后将输出接到七段显示译码器上。干道上依然采用5个74LS192减计数器来显示两位数字。在设计中，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有比较高的精度，用石英晶体构成秒脉冲发生信号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数值无关，综上考虑，选用石英晶体振荡器作为秒脉冲信号发生器，但由于本次设计选用的multisim仿真软件不支持适应晶体振荡器，故在精度要求不高的情况下选用555定时器构成秒脉冲触发器。74LS193是双时钟同步二进制可逆计数器，用它进行减计数器与数字显示倒计时相符合，然而必须在输入端输入数字，因此向控制器提供M5、M25、M45的信号需要5个74LS193。而用74LS161可以级联，只需用两个就可以满足需求，因此，从设计的简单性、经济性上考虑，选用74LS161更为合适。74LS193是二进制计数器，而74LS192是十进制计数器，由于显示是由个、十位构成的数，因而选用十进制的74LS192更为方便可靠。综上所述，选用方案一较为合适。二、 单元电路的设计2.1用555定时器组成的秒脉冲发生器本课程设计采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。因为该电路的输出脉冲周期是T=0.7(R1+2R2).C，若T=1s，令C=10uf，R1=39K,那么R2=51K.取一个固定电阻47K与一个5K的电位器串联代替电阻R2,。在调试电路时，调节电位器Rp。使输出脉冲的周期为1s。如图表2.1所示。图表 2.1用555定时器组成的秒脉冲发生器2.2定时器的设计当系统处于S0状态为满足支干道绿灯亮够45秒，要将M45的输出端反馈到使能端EP、ET，使它记到44秒时停止计数，然后转到S1状态。而且要求计数器在状态转换信号ST的作用下，首先清零，然后开始计数，电路如图2.2所示。图表 2.2控制器的设计2.3控制器的设计用四选一数据选择器和D触发器实现，其它变量通过数据输入端输入。数据选择器用74LS153，触发器用74LS74，设计中将触发器的输出看做逻辑变量，将TL、TS、TY看做输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和和转换方程得出。就可得到控制器的原理图2.3c图表 2.3控制器的设计2.4显示器的设计每个干道需要两位数字显示，由于用减计数器，因而每个干道需要5片74LS192，其中，主干道74LS192应该向七段显示译码器提供M45(S0状态)、M5（S1状态）。M30（S2、S3状态）的带计数，而支干道74LS192应该向七段显示译码器提供M50（S0、S1状态）、M25(S2状态)、M5（S3状态）的倒计数。74LS192的RD、LD端由Q1、Q0来控制，更根据S0S3状态改变Q1、Q0从而控制RD、LD端，使它们进行减计数和清零。CPD端输入秒脉冲信号，而CPU端输入高电平电路图如图2.4和2,5所示。图表 2.4 主干道显示电路图表 2.5支干道显示电路三、 总电路图此图为总电路图，其中包括所有上述单元电路，此次设计采用555定时器构成的多谐电路。四、仿真与调试1.信号源为555定时器构成的秒脉冲发生器。其输出波形如下：表中数据所示，T轴单位为100ms，Y轴单位为200mv，由T轴可看出，该脉冲信号为1s。符合设计需求。2.根据设计要求，主干道为红黄绿三种任意灯时，支干道相应显示如下图所示：（1）主干道：绿灯计时25秒，支干道：红灯计时25秒。交通灯状态如下图：计时器状态：主干道（左），支干道（右）。 （2）主干道：黄灯计时4秒，支干道：红灯计时49秒。交通灯状态如下图：计时器状态：主干道（左），支干道（右）。 （3）主干道：红灯计时10秒，支干道：绿灯计时10秒。计时器状态：主干道（左），支干道（右）。 （4）主干道：红灯计时28秒，支干道：黄灯计时3秒。交通灯状态如下图： 计时器状态：主干道（左），支干道（右）。 五、小结通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器构成。其中，秒脉冲信号发生器由石英晶体振荡器及由14分频器CD4060芯片和一个D触发器共同构成的分频电路组成；定时器由两片异步四位二进制计数器74LS161芯片、三片D触发器及若干与非门、非门、与门共同组成；控制器由三片数据选择器74LS153及两片D触发器芯片构成；译码显示器由十片74LS192、四片译码管驱动芯片7447和四个七段数码管构成。驱动电路的工作。主控制器和定时器必须使用同一脉冲信号，译码电路输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。控制电路是系统的主要部分，由它控制定时计数电路和译码驱动电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。这次课程设计历时整整一个星期。通过这一个星期的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏的，理论联系实际能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂得一些实践的知识。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我们的工作室一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队。我们积极查阅相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是不够的，必须让每个人都知道，否则，一个人的错误，可能导致整个团队的失败。团队协作是我们成功的一项重要的保障。而这次实验设计正锻炼了我们这一点，这也是非常宝贵的。本次课程设计也巩固和加深了我对电子线路基本知识的理解和营运能力，提高了我的综合营运能力，增强了根据课程需要选学参考资料、查阅手册、图标和文献资料的自学能力。然后深入研究，提出方案，对比后得出最终的可行方案。同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写论文的格式。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中有乐。和我们的团队人员这一周工作的日子，我们相互帮助、默契配合。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜，让我领悟了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰等着你。挫折时一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人