交通灯管理系统.doc

数字电子课程设计交通灯控制电路 专业：班级：姓名： 学号：指导老师： 一 交通灯基本工作原理交通灯系统原理图：其中红灯R亮，表示该条道路禁止通行；黄灯Y亮表示停车；绿灯G亮表示允许通行。见下图 东西方向 G Y R 东西方向 G Y R时间显示器具时间显示器具系统控制电路1 时标分频手动、单步 图1 交通灯控制器系统框图设计中十字路口交通信号灯控制，要求如下：1 工作流程图： 南北向绿灯亮，东西向红灯亮占5t 南北向黄灯亮，东西向红灯亮占5t 南北向红灯亮，东西向绿灯亮占5t 南北向红灯亮，东西向黄灯亮占1t 图2 交通灯顺序工作流程图 图中设南北方向的红，黄，绿灯分别为NSR,NSY,NSG东西方向的红，黄，绿灯分别为EWR,EWY,EWG。工作方式：南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。2工作时序：东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和；南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作图如下：假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。 图3交通灯时序工作流程图3为了方便人们玩直观地把握时间，十字路口要有数字显示，作为提示，具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的人作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮时，数显的值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；，同时，使得东西方向绿灯亮，并置东西方向的数显为18。二 交通灯基本组成它主要由控制器、显示控制部分和秒脉冲信号发生器等部分组成。1 单次手动电路及秒脉冲发生器单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生的；秒脉冲发生器是该系统中显示控制部分和控制器的标准时钟信号源，可用晶体振荡或RC振荡电路构成。2 控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。它由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。3 显示控制部分显示控制部分，实际是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减肥，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用法74LS168BCD码七段译码器，显示器用LC501111共阴极LED显示器，计数器采用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。4 汽车模拟运行控制部分此部分为电路扩展部分，可用LED发光二极管模拟汽车行驶电路当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字街口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶）；用移位寄存器组成汽车模拟控制系统。三设计步骤及方法1. 单次手动及脉冲电路单次脉冲是由二个与非门组成的RS角发器产生的，见下图3，当按下K1时，有一个冲输出使74LS164移位计数实现手动控制。K2在自动位置时，由秒冲电路经分频后（4分频），输入给74LS164，这样，74LS164为 每4秒向前移一位（计数1次）。图4单次脉冲电路本设计中，秒脉冲发生器由晶本振荡电路组成，发生器发出的波形经过整形，分频获得1HZ的秒脉冲。电路图如下：图5秒脉冲电路2 控制器部分控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。它由74LS164组成扭环形计数器，估后经译码后，输出十字路口南北，东西两个方向的控制信号，设计中黄灯信号满足闪耀，并在夜间时，黄灯闪亮，而绿，红灯灭。74LS164功能表及计数器电路图，状态表分别如下：图6 计数器电路T计数器输出南北方向东西方向Qo Q1 Q2 Q3 Q4 Q5NSG NSY NSRENG EWY EWR012345678910110 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 01 1 1 1 0 01 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 10 0 1 1 1 10 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0计数器状态表东西方向绿：EWY= Q4*Q5 南北方向绿：NSG= Q4*Q5黄：EWY= Q4 Q5(EWY=EWY*CP1) 黄：NSY= Q4*Q5(NSY=NSY* CP1)红：EWR= Q5 红：NSR=Q5由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。3 数字显示部分当南北方向绿灯亮，而东西方向红亮时，使南北方向的74LS168以减法计数方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭信号（EWB=0）,使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使另一方向东西方向减法计数器开始工作。电路图如下： 图7数字显示部分在减法计数开始之前，由黄灯信号使减法计数器先置入数据，图中 接入U/ D和LD的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R1）开始减计数。4 汽车模拟控制电路电路见下图： 图8汽车模拟控制电路说明：黄灯（Y）或红灯（R）亮时，RI这端为高（H）电平，在CP移位脉冲作用下，而向前移位，高电平“H”从QH一直移到QA(图中74LS1641)由于绿灯在红灯和黄灯为高电平时，它为低电平，所以74LS1641QA的信号就不能送到74LS1642移位寄存器的RI端。这样，就模拟了当黄红灯亮时汽车停止的功能而当绿灯亮，黄，红灯灭（G=1,R=0,Y=0）时，74LS1641和74LS1642都能在CP移位脉冲作用下向前移位。这就意味着，绿灯亮时汽车向前运行这一功能 。四 电路总体说明 综合以上分析，可得出交通灯的总电路图： 图9交通灯电路补充说明：本设计除了具有以上所列功能以外，还可以手动调整和自动控制，为了保证安全，夜间为黄灯闪耀。交通灯控制实现方法很多，前面已有举例，这里就不一一说明了。五 设计所用器材1. NET系列数字电子技术实验系统2. 5V直流稳压电源3. 交通信号灯及汽车模拟装置4. 集成电路：74LS164，74LS74，74LS168,74LS248及各种门电路5. 显示：LC5011-11，发光二极管4个。6. 10K电阻3个7. 开关3个六小结随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。为了确保十字路口的车辆顺利通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。经过这个周课程设计，在指导老师的指导下与自己查资料下，完成了本次课程设计的基本要求，这次课程设计既锻炼了我的动手能力，又培养了我的兴趣进一步丰富了自己的数字电子知识。在设计中碰到一个接一个的