数字电路课程设计——交通灯设计.doc

学院：班级：姓名： 学号：姓名： 学号：姓名： 学号：序言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。为此，笔者从数字电子的方向对交通灯进行了深入的研究，以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。内容摘要课程设计目的:数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践环节,是对学生学习数字电子技术的综合训练.学生根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求,独立进行电路设计,工程估算,实验测试与调整,制作(在实验板上)电子产品和写出实验总结报告.通过这一电路综合性实践训练,要达到深化所学的理论知识,培养综合运用所学知识的能力,掌握一般电路的分析方法,增强独立分析问题与解决问题的能力.通过这一综合训练培养学生严肃认真的工作态度和科学作风,为今后从事电路设计和研制电子产品打下初步基础.1 满足所示的顺序工作流程图。图中设大道方向的红、黄、绿灯分别为DR、DY、DG，小道方向的红、黄、绿灯分别为XR、XY、XG。设计一个十字路口交通信号灯定时控制器，其要求如下：它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即大道方向绿灯亮，小道方向红灯亮；大道方向黄灯亮，小道方向红灯亮；大道方向红灯亮，小道方向绿灯亮；大道方向红灯亮，小道方向黄灯亮2 应满足两个方向的工作时序。即大道方向亮红灯时间应等于小道方向亮黄、绿灯时间之和，小道方向亮红灯时间应等于大道方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图3所示。图3所示，大道、小道方向绿、黄、红灯亮时间分别6秒、4秒、29秒，一次循环为39秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯间歇是静止，当检测到小道有车到来的时候，所有电路才开始工作，在小路没有车到之前一直要保持大路亮绿灯，小道一直保持红灯，在小道亮绿灯的时候，检测大道的来车数量，假如超过三辆车，则要立马执行下一个状态，保证车辆通行正常。3 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观的把握时间。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工作循环。目 录设计指标要求1一交通灯基本工作原理31.1系统框图31.2工作流程图31.3工作时序41.4说明5二交通灯基本组成62.1NE555定时可调秒脉冲发生器62.2控制器部分72.3显示控制部分72.4大道车辆检测及控制部分7三 服务器的实现113.1NE555定时器电路113.2计数器控制电路113.3模式控制电路113.4彩灯显示电路123.5置数切换电路133.6大车检测电路22四 电路总体说明154.1总体仿真电路154.2总电路图165.6电源电路22五 设计所用器材256.1客户端软件功能模块25六 心得体会25七参考文献47设计指标要求课程设计内容:1、 设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合十字路口，在每个入口设置红、绿、蓝三色信号灯，红灯禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮时则给行驶中的车辆有时间停止在禁行线外。2、 用红、绿、黄发光二极管做信号灯，用传感器或逻辑开关做检测车辆是否到来的信号。通常情况下，大道绿灯亮，小道红灯亮。3 若小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；在经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道由红灯变为绿灯。4. 小道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过25秒，后自动由红灯变为黄灯，在经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。5. 如果小道在绿灯亮时候，小道绿灯亮的时间还不到25秒，只要大道检测到超过三辆车在等候，那么小道应该立即由绿灯变为黄灯，在经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。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。1. 系统框图 小道 G Y R 大道 G Y R时间显示器具时间显示器具时间显示控制电路彩灯控制模块小道没有车辆来的时候保持当大道超过3辆车切换 屏蔽检测大道车数量 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：确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通灯信号灯来进行指挥。其中红灯(R)亮的，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。2. 工作流程图： 图2 交通灯顺序工作流程图 图中设大道方向的红，黄，绿灯分别为DR,DY,DG小道方向的红，黄，绿灯分别为XR,XY,XG。工作方式：大道方向绿灯亮时，小道方向红灯亮；大道方向黄灯亮时，小道方向红灯亮；大道方向红灯亮时，小道方向绿灯亮；大道方向红灯亮时，小道方向黄灯亮。3 工作时序：小道方向亮红灯时间应等于大道方向亮黄、绿灯时间之和大道方向亮红灯时间应等于小道方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作图如下：大道、小道方向绿、黄、红灯亮时间分别为6秒、4秒、25，一次循环为39秒。其中红灯亮的时间为绿、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇。当小道来车时大道开始工作，在小道亮绿灯时候，如果大道检测到来车超过三辆，则小道的状态立马结束，转向下一个状态。 4特别说明：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。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 NE555定时可调秒脉冲发生器本次选用NE555定时器做时钟脉冲发生装置，产生每秒一次的方波脉冲，并且设置滑动变阻器，可以调节脉冲波德占空比和周期，波形比较稳定，是良好的信号发生器。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74LS192组成十进制计数器，然后经译码后，输出十字路口大道、小道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HEF4511BCD码七段译码器，显示器用SM12050K型共阴极LED显示器，计数器采用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS192等。4 大道车辆检测及控制部分此部分为电路扩展部分，可用加法计数器74161来计算大道车的数量，用输入的脉冲数量模拟车的数量，当来一辆车时即输入一个时钟脉冲，计数器加一，控制输出端的自动清零来引出信号，给控制部分电路做出相应的动作，使模式立马切换到大道经过黄灯的时间亮绿灯，小道亮黄灯之后亮绿灯。三 设计步骤及方法1. NE555定时可调秒脉冲发生器利用NE555可以组成相当多的应用电路，甚至多达数百种应用电路，在各类书刊中均有介绍，例如家用电器控制装置、门铃、报警器、信号发生器、电路检测仪器、元器件测量仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用，这是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起的缘故。参数功能特性： 供应电压4.5-18V 供应电3-6 mA 输出电225mA (max) 图3定时器仿真图图4定时器电路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74LS192组成十进制减法计数器，经译码后，输出到十字路口大道，小道两个方向的控制信号，可以知道两个方向共有四种工作状态。74LS192功能表及计数器电路图，状态表分别如下：管脚图中，QA、QB、QC、QD为计数输出端；DOWN为减脉冲输入端。UP为加脉冲输入端。CLR为清零端，当该管脚为高电平时，输出端清零，为0000；LD为预置端，当该管脚为低电平时，输出端分别为输入端A、B、C、D的电平。A、B、C、D用于为计数器预置初始计数值；BO用于输出一个宽度等于减计数输入的脉冲，用于级联下级减计数。CO用于输出一个宽度等于加计数输入的脉冲，用于级联下级加计数。图5计数器电路当大道方向绿灯亮，而小道方向红亮时，使大道方向的74LS168以减法计数方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，大道方向绿灯灭，红灯亮，而小道方向红灯灭，绿灯亮。由于小道方向红灯灭信号（EWB=0）,使与门关断，减法计数器工作结束，而大道方向红灯亮，使另一方向小道方向减法计数器开始工作。电路图如下： 图6计数器仿真图图7数字显示部分3. 模式控制电路此电路是由十六进制加法计数器构成，可以实现对交通灯红，黄，绿三种颜色的切换，因为灯的变化总共有四种状态，可以由计数器改为四进制计数器来实现，此时S1，S0总共有四种状态00，01，10，11，有CLK端的脉冲信号来实现模式切换，可以达到智能交通灯的目的。电路见下图： 图8模式切换图说明：当小道没有来车的时候，此时计数器的输出一直被锁存在00状态，即大道亮绿灯，小道亮红灯，当小道检测到有车来的时候，达到就进入00状态，保持计数器显示减到零的时候，74161接受到信号，立马转换成01状态，显示计数器继续工作，如此四个状态一直不断的切换和循环，构成完整的交通灯系统。4. 彩灯显示电路图9彩灯仿真图 图10彩灯电路图说明：电路由计数器控制两个输入端来切换四种状态00，01，10，11，使得彩灯在四种不同的颜色不断的交替变化。5. 置数切换电路电路有三片八位锁存器74244控制，当彩灯和数码管显示的状态切换时，同时用置数端给计数器置数06，04，25，达到智能置数的目的。74244：使能端AG，BG低电平有效，图11，置数电路图6. 大车检测电路当检测到大道车数量超过三辆的时候，给模式短信号切换到下一个工作模式。 图12大道检测电路图四 电路总体说明综合以上分析，可得出交通灯的总电路图：补充说明：本设计除了具有以上所列功能以外，电路可以完全自动的工作无人状态下。五 设计所用器材1. 自制5V直流稳压电源2. 集成电路：74LS192，74LS161，74LS00,74LS08，74LS244，HC4511， NE5553. 数码显示：HDSP-303G四个4. 发光二极管6个。5. 100K电阻3个，15K，68K电阻及电容6. 开关3个整体仿真图 六心得体会随着社会的发展，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，同学相互帮助学习并查资料下，完