基于计数器交通灯信号灯论文的设计.doc

安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 目录目录 摘摘 要要 2 2 关键词关键词 2 2 引引 言言 2 2 一 交通信号灯的设计目的以及要求一 交通信号灯的设计目的以及要求 3 3 二二 交通信号灯基本原理及设计方法交通信号灯基本原理及设计方法 4 4 三 计数器三 计数器 5 5 3 1 计数器的作用 5 3 2 计数器的工作情况 5 3 3 控制信号灯的译码电路的真值表 6 3 4 状态译码电路 6 四四 译码显示电路译码显示电路 6 6 4 14 14 1 共阳极共阳极共阳极 LED 七段数码管 7 4 2 74LS247 译码器 7 五五 555 555 振荡器构成的秒脉冲电路振荡器构成的秒脉冲电路 7 7 5 1 555 定时器的引脚 8 5 2 555 定时器构成的多谐振荡器 8 5 3 555 定时器工作原理 9 六 交通灯信号灯控制总体框图六 交通灯信号灯控制总体框图 9 9 七七 组装和调试过程组装和调试过程 1010 总总 结结 1111 参参 考考 文文 献献 1111 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 摘摘 要要 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要 第一盏名副其实的三色灯 红 黄 绿三种标志 于 1918 年诞生 它是三色圆形四面投影器 被安装在纽 约市五号街的一座高塔上 由于它的诞生 使城市交通大为改善 当前 大量的信号灯电路正向着数字化 小功率 多样化 方便人 车 路三者关系的协调 多值化方向发展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 随着社会的发展 城市规模的不断扩大 城市交通成为制约城 市发展的一大因素 因此 有许多设计工作者为改善城市交通环境设计了许多方 案 而大多数都为交通指挥灯 本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的 全部有数字电路组成 比较以前的方案更为精确 关键词关键词 控制器 计数器 信号灯 译码电路 引引 言言 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎 他怀着 科学救国 的抱负到美国 深造 在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员 一天 他站在 繁华的十字路口等待绿灯信号 当他看到红灯而正要过去时 一辆转弯的汽车 呼地一声擦身而过 吓了他一身冷汗 回到宿舍 他反复琢磨 终于想到在红 绿灯中间再加上一个黄色信号灯 提醒人们注意危险 他的建议立即得到有关 方面的肯定 于是红 黄 绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族 遍及 全世界陆 海 空交通领域了 中国最早的马路红绿灯 是于 1908 年出现在上海的英租 从最早的手牵 皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制 从采用计算机控制到现代化的电子定时监 控 交通信号灯在科学化 自动化上不断地更新 发展和完善 一 交通信号灯的设计目的以及要求一 交通信号灯的设计目的以及要求 十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行 实现红绿灯的自动 指挥是城市交通自动化的重要课题 本课题利用数字路的基本知识和设计方法 设计一个简单的交通灯控制系统要求 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 1 掌握系统设计的一般步骤和方法 掌握一个大的系统中各子系统之间的 相互作 用和相互制约关系 2 运用数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统 通过系统设计 电路安排与调试 写设计论文等环节 初步掌握工程设计的具 体步骤和方法 提高分析问题和解决问题的能力 提高实际应用水平 3 学会用中规模器件设计一个符合要求的系统 并熟悉常用中规模器件的 用法 4 学会按照电路图在面包板上合理布局使各器件在系统中的连线更简单 清晰 5 掌握连接实物图的一般步骤和方法 学会系统安装与调试的一般步骤和 方法 6 在实践中运用理论知识 培养实际动手能力 7 主干道的通行时间长于支干道的通行时间 8 每次由绿灯变为红灯或由红灯变为绿灯的前 5 秒四个路口要亮黄灯以提 示过往车辆及行人注意路灯变化 安全通行 9 设计正计时 60s 50s 计时数码实现电路 要求每秒钟改变一次数字 10 在一个主支干道的十字路口 东西和南北方向各设置一个红 黄 绿 三种颜色的交通灯 红灯亮表示禁止通行 绿灯亮表示可以通行 在绿灯变红 灯时先要求黄灯亮 5 秒钟 以便让后来车辆准备停车 由于主干道车辆较多 支干道车辆较少 所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些 为 60 秒 而 支干道通行时间为 50 秒 二二 交通信号灯基本原理及设计方法交通信号灯基本原理及设计方法 十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行 有一个主干道和一 个支干道的十字路口如图 3 1 所示 每边都设置了红 绿 黄色信号灯 红灯 亮表示禁止通行 绿灯亮表示可以通行 在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟 以便让停车线以外的车辆停止运行 因为主干道上的车辆多 所以主干道放行 的时间要长 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 主主主 主主主 主 主 主 主 主 主 路口交通指挥系统示意图 设主干道通行时间为 N1 干道通行时间为 N2 主 支干道黄等的时间均为 N3 按主支干道通行的时间来看 设置 N1 N2 N3 系统工作流程图如图所示 主干道绿灯亮 支干道红灯亮计数 器由 N1 到 60 递增计数 主干道黄灯亮 支干道红灯亮计数 器由 N3 到 5 递增计数 主干道红灯亮 支干道绿灯亮计数 器由 N2 到 50 递增计 主干道红灯亮 支干道黄灯亮计数 器由 N3 到 5 递增计 S1 S2 S3 S0 系统工作流程图 要实现上述交通信号灯的自动控制 则要求控制电路由时钟信号发生器 计数器 主控制器 信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组 成 整机电路的原理框图如图所示 四个路口设有红 黄 绿三色灯和两位 8421BCD 码的计数 译码显示器 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 三 计数器三 计数器 3 1 计数器的作用计数器的作用 计数器的作用有二 一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换 时间的要求 进行 60s 50s 5s 3 种方式的计数 二是向主控制器发出状态转 换信号 主控制器根据状态转换信号进行状态转换 3 2 计数器的工作情况计数器的工作情况 计数器除需要秒脉冲作时钟信号外 还应受主控制器的状态控制 计数器 的工作情况为 计数器在主控制器进入状态 S0 时开始 60s 计数 60s 后产生归 零脉冲 并向主控制器发出状态转换信号 使计数器归零 主控制器进入状态 S1 计数器开始 5s 计数 5s 后又产生归零脉冲 并向主控制器发出状态转换 信号 使计数器归零 主控制器进入状态 S2 计数器开始 50s 计数 50s 后也 产生归零脉冲 并向主控制器发出状态转换信号 使计数器归零 主控制器进 入状态 S3 计数器又开始 5s 计数 5s 后同样产生归零脉冲 并向主控制器发 出状态转换信号 使计数器归零 主控制器回到状态 S0 开始新一轮循环 74LS90 Q0Q1Q2Q3 CP0 CP1 R0R1 S0 S1 74LS90 Q0Q1Q2Q3 CP0 CP1 R0R1 S0 S1 C CP P 归归零零信信号号L L X X0 0X X1 1X X0 0 X X0 0 X X1 1 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 3 3 控制信号灯的译码电路的真值表控制信号灯的译码电路的真值表 主控制器的 4 种状态分别要控制主 支干道红 黄 绿灯的亮与灭 设灯 亮为 1 灯灭为 0 则控制信号灯的译码电路的真值表 表控制信号灯的译码电路的真值表 主控制器状态主干道支干道 X1 X0红灯 R 黄灯 Y 绿 灯 G 红灯 r 黄灯 y 绿灯 g S0 0 0 S1 0 1 S2 1 0 S3 1 1 001 010 100 100 100 100 001 010 3 4 状态译码电路状态译码电路 根据灯控函数逻辑表达式 可画出由与门和非门组成的状态译码器电路 如 图所示 将状态控制器 状态译码器以及模拟三色信号灯相连接 构成三色信 号灯逻辑控制电路 如图所示 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 1 1 1 11 1 1 1 1 1 GND X 0 X 1 L ED L ED L ED L ED L ED L ED 四四 译码显示电路译码显示电路 译码显示电路主要是由共阳极共阳极共阳极 LED 七段 数码管 74LS247 译码器组成 4 14 14 1 共阳极共阳极共阳极共阳极 LED 七段数码管七段数码管 数码管分为共阳极结构和共阴极结构 若显示器共阳极连接 则对应阳极 接高电平的字段发光 而显示器共阴极连接 则接低电平的字段发光 此次设计采用的是共阳极连接如图 图 共阳极数码管接法 共阳极数码管引脚图 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 4 2 74LS247 译码器译码器 74LS24774LS247 管脚功能排列图管脚功能排列图 五五 555 振荡器构成的秒脉冲电路振荡器构成的秒脉冲电路 555 定时器是种中规模集成电路 只要外部配上适当阻容元件 就构成 脉冲产生和整形电路 5 1 555 定时器的引脚定时器的引脚 555 定时器内部结构和引脚排列图 如内部电路图 引脚排列图 555 定时器内部含有一个基本 RS 触发器 配个电压比较器 C1 C2 一个放电三极管 T 由三个 5K 的电阻的分配器 555 定时器因此而得名一个输出缓冲器 G3 比较 器 C1 的参考电压为 2VCC 3 加在同相输入端 C2 的参考电压为 VCC 3 加在反相输 入端 两者均由分在器上取得 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 图 555 定时器引脚排列图 图 555 的内部电路 5 2 555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 多谐振荡器产生矩形波的自激振荡电路 由 于矩形波包含和高次谐波成分 因此称为多谐振荡器 如图 7 3 555 定时器图 7 4 波形图采用 555 设计的多谐振荡器及其工作波形 其振荡频率与实际的数 字钟频率略有出入 但可以 通过校时装置校时 多谐振 荡器也称无稳态触发器 它 没有稳定状态 同时毋须外 加发脉冲 就能输出一定频 率的矩形脉冲 自激振荡 用 555 实现多谐振需要外接 电阻 R1 R2 和电容 C 并 外接 3V 的直流电源 只需 在 VCC端接上 3V 的电源 就能在 3 脚产生周期性的方波 秒脉冲电路图 波形图 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 5 3 555 定时器工作原理定时器工作原理 接通电后 它经过电阻和对电容 C 充电 当上升略高于时 比较器 C1 的输出为 0 将触发器置 0 为 0 这时 1 放电 管 T 导通 电容 C 通过和 T 放电 下降 当下降略低于时 比较 器 C2 的输出为 0 将触发器置 1 又由 0 变为 1 由于 0 放 电管 T 截止 又经过和对电容 C 充电 如此重复上述过程 为连续 的矩形波 六 交通灯信号灯控制总体框图六 交通灯信号灯控制总体框图 根据设计各部分功能可画出交通信号灯控制系统总体框图 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 RoA RoBS9AS9B QDQCQBQA 74LS90 CP1 CP0 RoA RoBS9AS9B QDQCQBQA 74LS90 CP1 CP0 74LS24774LS247 a b c d e f g a b c d e f g RoA RoBS9AS9B QDQCQBQA 74LS90 CP1 CP0 R 1K R 4K7 R 4K7 R 4K7 R 1K R 1K R 1K R 1K R 4K7 R 4K7 R 4K7 R 1K R 1K R 1K 1 1 1 11 1 1 1 R 1K R 1K 555 1 1 1 1 1 X0X1X0 X1X0 1GND 8VCC 6 TH 2 TR 7 D 5 CO 3 OUT 4 R 图 交通信号灯控制系统总体框图 七七 组装和调试过程组装和调试过程 在电路板上按整机框图把主控制器 计数器 信号灯译码器 数子显示译 码器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试 1 秒脉冲信号发生器的调试 按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和 分频电路 使输出设计符合设计要求 2 将秒脉冲信号送入主控制器的 CP 端 观察主控制器的状态是否是按 00 01 10 11 00 的规律变化 3 将秒脉冲信号送入计数器的 CP 端 接入主控制器的状态信号 X0 X1 安庆职业技术学院 2015 毕业设计 论文 并把主控制器的状态信号送入主控制器的 CP 端 观察计说器是否按 60 秒 5 秒 50 秒 5 秒 60 秒 循环计数 4 把主控制器的状态转换信号 X1 X0 接至信号灯的译码电路 观察 6 个 发光二极管是否按设计要求发光 5 整机联调 使交通信号灯控制电路正常工作 以上是本次设计的全过程 由以上分析知此设计所需材料有 3 片 74LS90 2 片 74LS247 和 2 个共阳数码管 1 个 555 定时器 3 片 74LS04 2 片 74LS20 1 片 74LS00 21 个 1k 电阻 2 个 5 1k 电阻