交通信号灯控制电路的设计

一、概述1本次课设是交通信号灯控制电路，该电路主要可分成时序电路、计时电路、控制电路、显示电路、检测电路五部分。2各部分功能实现如下时序电路产生秒脉冲，用555定时器来实现。计时电路分别给出6秒，4秒，25秒，4秒的信号，用74LS160实现计时功能。控制电路控制计时电路的四种不同情况。显示电路通过二极管显示灯显示主、支干道的情况。检测电路主要检查主干道是否有超过3辆车在等待，当超过3辆车在等待，用一个自动回复开关改变控制电路相应的计数状态，进而改变主、支干道二极管显示状态。二、方案论证方案一利用555产生秒脉冲。由设计要求可知，计时电路需产生6S，4S，25S,4S四种不同的计数方式，共39S。用74LS161分别产生6S，4S，25S定时器，把以上几种情况分别送给JK触发器，使其产生00，01，10，11四个状态，将四个状态送74LS138译码后经显示电路显示。A主干道绿灯（A）、黄灯（B）、红灯（C与D）B支干道绿灯（C）、黄灯（D）、红灯（A与B）特点使设计要求的四个状态合理分配。方案二利用555作为秒脉冲，用两片74LS160做并联清零分别做成6S、4S、25S、4S四种不同的计数方式，且每次的清零信号同时给另一片74LS160作为脉冲信号让其计数，使其产生00，01，10，11四个状态，然后通过74LS138形成四种不同的情况，分别为Y0（6S）、Y1（4S）、Y2（25S）、Y3（4S）,经显示电路显示。A主干道绿灯（Y0）、黄灯（Y1）、红灯（Y2与Y3）B支干道绿灯（Y2）、黄灯（Y3）、红灯（Y0与Y1）特点思路明确简单易懂综合对比方案一与方案二方案一相对元器件数目种类较少，焊接方便，但运行不稳定；方案二运行稳定且调试方便。综合对比选择方案二作为设计方案。三、电路设计1555秒脉冲设计电路秒脉冲可以由函数信号发生器产生，也可以由555定时器组成多谐振荡器产生。本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，采用图1所示接法，充电电流流经R1和R2，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1（R1R2）C1LN2，放电时间变为T2R2C1LN2，故得脉冲的占空比为Q（R1R2）/R12R2，若取R1R2，则Q667，相应的周期变为T（R12R2）C1LN2，取C1820NF。为了使输出波形稳定，取R1R28K。具体电路如图1所示。A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC1820NFC2300NFR18KR28KVCC5VVCC123XSC1ABEXTTRIG_40图1多谐振荡器2控制电路图2控制电路说明由图2所示的电路不难看出，控制电路通过74HC04、74HC20、74HC10、74HC21门电路控制计数电路的清零信号，当计清零信号计数电路74LS138译码器数电路从0开始计数到6时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零。然后当计数电路在从0计数到4时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零。再当计数电路从0计数到25时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零如此循环产生低电平的清零信号。3计时电路图3计时电路说明如图3电路所示，计时电路由两片74LS160并行进位方式且整体进行清零构成，首先从0计数到6，然后清零从0计数到4，再清零从0计数到25，清零如此循环计数。4显示电路图4显示电路555脉冲信号清零信号74LS138译码器U174HC160D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274HC160D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK21VCC5VVCC32说明如图4电路所示，显示电路通过74LS138、Y1、Y2、Y3的四个状态输出来控制主干道和支干道的六个二极管，主干道绿灯（Y0）、黄灯（Y1）、红灯（Y2与Y3）；支干道绿灯（Y2）、黄灯（Y3）、红灯（Y0与Y1）。由设计要求知A当主干道为绿灯计数电路从0计数到6，译码器的Y0有效和黄灯计数电路从0计数到4，译码器的Y1有效时，支干道要求一直为红灯，此时通过74LS32来实现支干道在前6S时一直为红灯。B当支干道为绿灯计数电路从0计数到25，译码器的Y2有效和黄灯计数电路从0计数到4，译码器的Y3有效时，主干道要求一直为红灯，此时通过74LS32来实现主干道在后29S时一直为红灯。5检测电路检测电路如图5所示图5检测电路检测电路主要是相对主干道是红灯、只干道是绿灯这一情况而言，如果检测到主干道少于3辆车在等待，那么支干道继续当前状态；如果检测到主干道超过3辆车在等待，这时需要按下自动回复开关J2。按一下J2后，开过由当前的上端跳转到下端，这时与接地端导通，产生清零信号给控制电路，开关接通地端立即回到上端，当前电路进入主干道是红灯，只干道是黄灯这一状态。控制电路计数信号四、性能的测试1计时电路性能调试（A）六秒测试电路如图6所示。图6主干道绿灯6S（B）四秒测试电路如图7所示。图7主干道黄灯灯4S清零信号脉冲信号清零信号脉冲信号（C）二十五秒测试电路如图8所示图8支干道绿灯25S（D）四秒测试电路如图9所示。图411支干道黄灯4S调试截图图9支干道黄灯4S脉冲信号脉冲信号清零信号清零信号2彩灯调试6秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图10所示。图10支路红灯、主路绿灯亮4秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图11所示。图422支路红灯、主路黄灯亮图11支路红灯、主路黄灯亮6秒信号4秒信号25秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图12所示。图12支路红灯、主路绿灯亮4秒调试时对应的主、支干道发光二极管显示状况如图13所示。图13支路红灯、主路黄灯亮25秒信号4秒信号五、结论通过实验调试和数据测试，各个部分均满足以下设计要求和数据要求A用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。B主支干道交替允许通行。主干道每放行6秒，支干道每次放行25秒。C在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮4秒钟的黄灯作为过渡。总体来说，交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮且允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。六、性价比虽然原件种类相对少些，市场上比较常见，但是原件数量较多，所以价格会相对贵些。七、课设体会及合理建议1体会经过两周的努力终于完成了关于交通灯控制电路的电子课程设计，想一想，这其中真是有太多的不易，当时真的是被这个课设难住了，我都有要放弃的想法了。后来通过帮助其他同学改改课设，我发现其实我可以的，只是一时没有找到思路罢了。我又上网查找一下相关的课设资料，查看相关书籍，从基础学起，慢慢地我心里有了整体框架，有了想法马上付诸于行动，最终我完成了。通过本次课设，我初步掌握了数电的应用技术，熟练应用了仿真软件，巩固了数电课程知识，加深对基本器件、时序电路、逻辑电路的理解。我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。我学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实际行动中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际问题还不能解决，很多更好的设想也无法实现，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏高效利用及筛选大量资料的能力，有待在今后的学习实践中进一步提高。最重要的一点是增强了自己的动手能力、思考能力，更增强了我的自信心，我相信在以后的时间学习中我能做的更好。2、改进建议存在问题应用TTL门电路元器件数量较多，使焊接不方便。没有倒计时显示数码管。可以通过减法芯片74LS192或74LS190实现倒计时，通过74LS48或CD4511连接数码显示管显示倒计时参考文献1阎石数字电子技术基础清华大学M高等教育出版社20092党宏社电路、电子技术实验与电子实训M电子工业出版社20093戴伏生主编基础电子电路设计与实践M北京国防工业出版社20024童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京高等教育出版社2006附录I总电路图A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC1820NFC2300NFR18KR28KVCC5V132U474LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U10A74HC10D_2VU11A74HC10D_4VU12A74LS20NU14A74LS32DU15A74LS32DLED1LED2LED3LED4LED5LED6R33004R43005R53006R63007R73008R8300910151718192223242535370113632382128293031U13A74HC21D_2V273326U16DCD_HEX_YELLOWU17DCD_HEX_YELLOWU5A74HC04D_4VU6A74HC04D_4VU7A74HC04D_4VU8A74HC04D_4VU18A74HC04D_4VU9A74LS20N414039140U174HC160D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U274HC160D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U374HC160D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U19A74LS09D201316VCC5VVCCJ2KEYSPACEVCC034附录II元器件清单序号编号名称型号数量1U1、2、3十进制计数器74LS16032U438译码器74LS13813U5、6、7、8、18反相器74HC0414U10、11三输入与非门74HC1015U13四输入与门7