十字路口交通信号灯控制电路.doc

江西航空职业技术学院毕业设计说明书（论文）课题名称：十字路口交通信号灯控制电路设计航空电子设备维修 专业 081331 班学生姓名: 康晓露 学号: 02指导老师: 姚卫华 技术职称:_2011年 3 月 12 日江西航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名：康晓露 班级：0813311.毕业设计（论文）题目：十字路口交通信号灯控制电路设计2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：1、集成电子技术基础；2、电路与数字逻辑设计实践；3、数字电子技术基础简明教程。本设计电路技术指标：主干道通车时间50S、次干道通车时间30S、黄灯亮(闪烁)的时间为5S。【注：用发光二极管模拟红、黄、绿灯显示。（无数码管倒计时显示）】3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间：本设计通过设计秒信号源发生器、主控制器、计数电路、译码电路和显示电路等单元电路，进而组成本设计控制电路。日期：自2010年12月15日至2011年3月12日指导老师评语：_ 指导老师：_ 系主任：_摘要随着经济的飞速发展，人民的生活水平得到了提高。在繁忙的十字路口，车辆穿梭，行人熙攘，有条不紊。所以城市交通问题越来越引起人们的关注随着我国国民经济的迅速发展，城市街道车辆大幅度增长，给城市交通带来巨大压力，交通拥堵已经成为影响城市可持续发展的一个全局性问题。已有的许多建立在精确模型基础上的交通系统控制方案都存在着一定的局限性。研究车辆通行规律，找出提高十字路口车辆通行效率的有效方法，对缓解交通阻塞，提高畅通率具有十分现实的意义。地面道路是一个庞大的网络，交通状况十分复杂，使目前交通灯控制器的单一时段控制已不能满足现代交通流量的多变性，特别是在交通流量高峰时，往往会造成交通路口的通过率下降，甚至出现交通混乱现象，城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。道路平面十字路口是交通网中交通事故的“多发源”，国内外城市的交通事故约有一半发生在十字路口。因此，十字路口这个事故多发源就引起人们的高度关注。随着交通技术、电子技术的发展及微机技术的应用，人们设计出了适应各种需要的交通检测器、信号控制机和交通信号灯。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了基础。关键词：74LS190、交通灯、控制目录摘要3关键词3一、十字路口交通信号灯简介6二、本设计电路技术指标8三、控制电路原理总方框图8四、秒信号发生器84.1、SE555D内部结构原理图84.2、秒信号发生原理电路9五、74LS290芯片简介105.1、74LS290的内部逻辑符号、功能及状态表105.2、74LS290引出端排列及十进制计数功能的实现12六、主控制器136.1、交通信号灯工作流程图136.2、状态图146.3、主控制器逻辑图146.4、时序图14七、计数器157.1、部分与门、与非门芯片说明157.2、计数器的设计157.3、计数器逻辑电路图157.4、此计数电路的控制逻辑关系为：157.5、计数器工作原理15八、译码器168.1、真值表168.2、由真值表写出逻辑表达式：168.3、译码器逻辑电路图178.4、译码器工作原理17九、指示电路18附录一 总原理图19附录二元件列表20设计总结21参考文献22一、 十字路口交通信号灯简介1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行，这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。一般来说，十字路口处的两条交叉大道有主次之分，其中一条车流量大称为主干道：另一条车流量较小，称为次干道。交叉路口出，四个方向都设置了红、黄、绿信号灯。（如图a）绿灯表示同行，红灯表示禁止通行，在绿灯转换为红灯前，要求黄灯要先亮几秒，让停车线以外的车禁止通行，而停车线以内的车快速通过交叉路口。灯亮顺序都为红、绿、黄。主干道红灯亮时对应于次干道的绿、黄灯亮，即主干道红灯亮的时间等于次干道绿、黄灯亮的时间之和；同理，次干道红灯亮的时间为主干道绿、黄灯亮的时间之和二、本设计电路技术指标1、主干道通车时间50S；2、次干道通车时间30S；3、黄灯亮(闪烁)的时间为5S；【注：用发光二极管模拟红、黄、绿灯显示。（无数码管倒计时显示）】 三、控制电路原理总方框图要实现以上工能，本控制电路应包含：、秒信号源发生器、主控制器、计数电路、译码电路和显示电路。其原理方框图如（图b）四、 秒信号发生器4.1、SE555D内部结构原理图1、各脚主要功能：1地 GND 2触发3输出 4复位5控制电压 6门限(阈值)7放电 8电源电压Vcc 图d2、应用十分广泛，可装如下几种电路：、单稳类-作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。、双稳类-作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。、无稳类-作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。4.2、秒信号发生原理电路信号发生器为电路提供CP脉冲信号源，其应为周期为1S的方波。根据应用场合的不同，不同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器在此采用555多谐振荡器做为信号发生电路，R1、R2和C为定时电阻和电容，其产生信号频率与电路参数关系为：低电平暂态维持时间：T1=0.7R2C;高电平暂态维持时间：T2=0.7(R1+R2)C;周期：T=T1+T2占空比：2（）（）（）；频率f=1（）据设计要求时钟脉冲频率应为1Hz。在此占空比取值约为0.5，故T1取值约为0.5，电容C选10uF电解电容；由:0.50.7R20.00001求得:R271K且根据实际电阻R2取阻值为47k电阻。T2就取值应约为0.5，由:0.50.7（R1+47000）0.00001求得:R1=24.4k，且根据实际电阻R1取值为22k故电路实际周期为T=0.7（R1+2R2）C0.82s;实际频率为f=1/T1.2Hz故电阻、电容取值为：R1=22k、R2=47k、C=10uF时,产生的时钟信号CP周期约为1S的矩形波。五、74LS290芯片简介5.1、74LS290的内部逻辑符号、功能及状态表图e、从图e可以看出其可以分为两个部分：即触发器0与触发器1、2、3之间是使用两个时钟，触发器1、2、3构成的电路其时钟输入端没有连在一起，故该电路为异步时序电路。、CPA、CPB：分别为2二进制计数器和5进制计数器的时钟输入端，从图上可看出其为下降沿有效；、R0A、R0B:异步清零输入端，两个输入之间的关系为与逻辑，其为高电平有效，当R0AR0B =11时输出全部被清零，即Q3Q2Q1Q0=0000，欲正常计数其两个输入端其中须有一个为0；、S9A、S9B:异步置9输入端，两个输入之间的关系为与逻辑，其为高电平有效，当R0AR0B=11时输出对应于十进制数9，即Q3Q2Q1Q0=1001，欲正常计数其两个输入端其中须有一个为0；图f、（图f）给出了74LS290的逻辑符号，图上的DIV2和DIV5表示两部分分别为2分频和5分频（也就是说其构成一个2进制计数器和一个5进制计数器），其输入/输出脚的功能见5.2（74LS290引出端排列图及状态表）表一5.2、74LS290引出端排列及十进制计数功能的实现74LS290引出端排列图如（图g）所示： 图gQ3、Q2、Q1、Q0：为计数器的输出端，但Q0是独立的单元，如果欲实现十进制计数器的功能须将Q0与CPB相连或将Q3与CPA相连，这两种连法其结果构成十进制计数器，但其编码结果不一样，74LS290为二五十进制计数器，从上面仅能看到其内部有一个2进制计数器和一个5进制计数器，其没有十进制计数器的功能，欲实现十进制计数器须将2进制计数器和5进制计数器进行串接，就可以实现其功能。两种串接的电路，计数器级联后其容量是级联前的两个容量之积。六、主控制器6.1、交通信号灯工作流程图交通信号灯工作流程图如图k所示：S0=0000时：主干道红灯亮，次干道绿灯亮;S1=0001时：主干道红灯亮，次干道黄灯亮;S2=0010时：次干道红灯亮，主干道绿灯亮；S3=0011时：次干道红灯亮，主干道黄灯亮6.2、状态图由交通信号灯工作流程图可知，它有四种不同的工作状态S0、S1、S2、S3。在此采用集成块74LS290构成四进制计数器。状态图（如l），Q3、Q2、Q1、Q0工作状态在时钟CP0下降的作用下在00、01、10、11四个状态下循环工作。6.3、主控制器逻辑图 这四个有效状态构成一个有效循环，（图m）所示。其为四进制计数器，当S4=0100时，即Q3Q2Q1Q0=0100时，MR=Q2,使MR=MR=1进行异步清零,且MS端须接地。6.4、时序图电路的状态和输出与CP的对应关系用波形表示如图n（74LS290为异步清零CP0=CP,CP1=Q0）第3个秒脉冲CP下降沿到达后, Q3Q2Q1Q0立即返回“0000”。 Z由“1”变“0”，这一下降沿作为进位脉冲，可以用来触发高位计数器。七、计数器7.1、部分与门、与非门芯片说明54AC11DNQB: 此芯片有PartA、PartB、PartC三个三输入与门;74F10PC: 此芯片有PartA、PartB、PartC三个三输入与非门；54AC20DMQB: 此芯片有PartA、PartB两个四输入与非门。7.2、计数器的设计 计数器的计数值有3个：主干道绿灯亮50秒，次干道绿灯亮30秒。黄灯亮（主、次干道相同）5秒。故可用两块74LS290构成两位十进制计数器：7.3、计数器逻辑电路图计数器逻辑电路图如（图o）所示：7.4、此计数电路的控制逻辑关系为：、主干道绿灯亮控制：X10( X1X0=10时，X10=1);、次干道绿灯亮控制：10(X1X0=00时，10=1);、黄灯亮（包括主干道和次干道）控制：X1X0+1X0=X0(X1X0=01和11时，X0=1)。7.5、计数器工作原理 、 当X1X0=00状态时，U2门打开，接受计数信号，且当U4、U5计数状态为0011 0000即30秒时，U2输出为0，U6输出为1，使U4、U5清零为0000 0000。 、 同时，U7输出端又送一个下降沿信号到主控制器，X1X0状态变化为01，又使U1门打开，且当U4、U5计数状态为0000 0101即5秒时，U1输出为0，U6输出为1，使U4、U5清零为0000 0000。、同时，U7输出端又送一个下降沿信号到主控制器，X1X0状态变化为10，使U3门打开，接受计数信号，且当U4、U5计数状态为0101 0000即50秒时，U3输出为0。6输出为1，使U4、U5清零为0000 0000。、同时使U7又送一个下降沿到主控制器，使X1X0状态变化为11，使U1门又打开，计数5秒如此反复。八、译码器8.1、真值表译码电路有两个输入代码，六个输出代码。在此用X1、X0表示输入控制信号，用R 、G、 Y分别表示主干道红、黄、绿灯，r、 y、 g分别表示次干道红、黄、绿灯。其真值表如（表三）：8.2、由真值表写出逻辑表达式：8.3、译码器逻辑电路图译码器逻辑电路图如（图p）所示：8.4、译码器工作原理、当控制器输出S0状态即00时，主干道红灯R和次干道g得到高电平，对应的灯亮；、当控制器由S0变为S1状态即01时，主干道红灯R和次干道y得到高电平，对应的灯亮；、当控制器由S1变为S2状态即10时，主干道绿灯G和次干道r得到高电平，对应的灯亮：、当控制器由S2变为S3状态即11时，主干道黄灯Y和次干道r得到高电平对应的灯亮；、图中CP为555多谐振荡器所产生的秒脉冲，其与控制黄灯亮的信号相与再输出给黄灯即实现了黄灯闪烁的效果。九、指示电路 此电路采用红、绿、黄三种颜色发光二极管模拟红、绿、黄交通灯，（电如图如图q所示）附录一 总原理图附录二元件列表元件类型标识符电阻22K、47KR2、R3电容10uFC1发光二极管LED0、1、2、3、4、5、6SN74LS290DU1、U8、U1054AC11DMQBU254AC08DMU354AC00LMQBU454AC04DMQEU574F10PCU654AC20DMQBU7SE555DU9设计总