交通灯课设论文

1、武汉工程大学 电气信息学院电子技术课程设计报告 设计名称： 电子技术课程设计 设计题目： 交通灯控制系统 学生学号： 专业班级： 电气 班 学生姓名： 学生成绩： 指导教师： 戴璐平 课题工作时间： 2015-06-19 至 2015-07-01 目 录摘 要 . 2Abstract . 2第一章 课题背景（或绪论、概述）. 31.1 设计背景.31.2 设计目的.31.3 设计意义.41.4 本章小结.4第二章设计简介及设计方案论述 . 52.1 设计简介. 52.2 设计方案论述.52.3 本章小结.6第三章详细设计. 73.1 方波产生电路 .7 3.2 定时器电路.83.3 控制器电路

2、103.4 本章小结.11第四章设计结果及分析.124.1 总体设计结果.124.2 总体设计分析 .124.3 电路检验 .124.4 本章小结.13 第五章 电路仿真.14总 结 .15致 谢 .16 参考文献 .16 附录 主要元器件使用 .17 摘 要设计一个具有三种信号灯的交通灯控制器：由一条主干道和一条支干道组成的十字路口，在每个路口设置红、绿、黄三种信号灯，红灯亮则禁止该干道通行，绿灯亮允则许该干道通行，黄灯亮则已过斑马线的车继续前行，未过斑马线的车停止前进。原则为主干道与次干道交替通行，信号灯变换次序为：主干道绿灯和次干道红灯亮45秒，然后主干道黄灯和次干道红灯亮5秒，然后主干

3、道红灯和次干道绿灯亮25秒，最后主干道红灯和次干道黄灯亮5秒，如此循环。关键词：交通灯，集成电路，译码电路，控制电路，LED灯，数码管 AbstractDesign a traffic light controller has three lights:Consists of a main road and a branch road intersection, at each intersection set of red, green and yellow light, red light is a ban on the trunk road traffic, green light wi

4、ll make the road traffic is allowed, yellow light has a zebra crossing on car to move forward, not the pedestrian crossing the car stop.Principles for the main and secondary trunk road passage alternately, signal transformation sequence is: the main green light and secondary trunk road red light for

5、 45 seconds, then the main and secondary trunk road red light yellow lights on 5 seconds, and then the main red light and green light 25 seconds time road, main road red light and final time road yellow lights for 5 seconds, so cycle.Keywords：traffic light，Integrated circuit，Decoding circuit， Contro

6、l circuit，LED lights, digital tube第1章 课题背景1.1 设计背景 交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题自人类进入21世纪以来，道路交通一直是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。而使用合理的交通灯可以合理的规划城市交通，从而为城市的快速运输和发展提供最优化的交通解决方案。 由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市交通瓶颈问题并代表

7、智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。 车辆的不断增多，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不可能改变。自 从开始使用计算机控制系统后，不管在控制硬件里取得什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没能取得重大突破。因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值。把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展，从长远来看该研究具有巨大的现实意义。1.2 设计目的 随着城市化进程的大大加快，诱发的交通需求急剧增长，供需矛盾不断激化，严重的交通问题也随之而来。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管

8、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。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，这一切要归功于城市交通控制系统中的交通灯控制系统。交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。 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。本课题利用数字电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。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

9、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.更明确学习的目的和实际意义。1.3 设计意义 随着人口的增长和经济的发展，交通工具的数量也在日益增

10、多，但是道路资源是有限的，所以交通控制就应运而生，在人们的生活中扮演着重要的角色。从19世纪到现在随着科技的不断发展，交通灯的发展是交通日渐繁华的必然产物，交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。现如今交通灯已经成为人们生活中不可或缺的一部分，是维护交通秩序的重要工具，信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了生命的安全和社会秩序的稳定，交通控制系统的研究和发展也在进一步提高，同时也解决了人类交通因需求增多而带来的诸多问题。交通网络是城市的动脉，交通控制系统的完善是社会发展的一大保

11、证，具有重大的现实意义。同时，该课程设计把学到的东西运用到实际中，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的内容。通过这次课程设计可以懂得理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是真正的知识，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识，还有新的收获。1.4 本章小结 本章主要介绍了交通灯的发展、背景，做该课程设计的目的、

12、意义以及随着经济的发展和社会的进步，交通控制系统在社会生活中所起到的重要作用。交通灯的出现减少了交通事故的发生，在一定程度上保障了人们的安全，也是人类智慧的又一结晶。第2章 设计简介及设计方案论述2.1 设计简介2.1.1 设计任务任务：设计并实现一个十字路口的交通灯定时控制系统 1.由一条主（A）干道和一条支（B）干道组成十字路口； 2.主干道和次干道交替通车； 3.主干道比次干道通车时间长； 4.实现主干道和次干道交替运行的只能控制。2.1.2设计的基本原理 本次课程设计主要由秒脉冲信号发生器、控制器、定时器和译码器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输

13、出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的核心部分，由它控制定时器和译码器的工作。主要设计流程如图（1）图（1）2.2 设计方案论述1. 设计要求： 设计一个由一条主干道和一条支干道组成的十字路口，在每个路口设置红（R）、绿（G）、黄（Y）三种信号灯，主（A）干道与次（B）干道交替通行，信号灯变换次序为：主干道绿灯和次干道红灯亮45秒，然后主干道黄灯和次干道红灯亮5秒，然后主干道红灯和次干道绿灯亮25秒，最后主干道红灯和次干道黄灯亮5秒，如此循环。即亮灯顺序为：AG、BR亮45秒，AY、BR亮5秒，AR、BG亮25秒，AR、BY亮5秒，循环。2. 设计思路：通过秒脉冲信

14、号发生器产生频率约为1Hz的方波脉冲，将该信号源传送到定时器使系统进行以秒为单位的倒计时，并将倒计时用数码管显示出来，同时LED信号灯的输出也由译码器控制输出信号，而控制电路作为该设计的核心部分，控制译码器和定时器的工作。3. 交通信号灯的状态：状态 AG AY AR BG BY BR0 1 0 0 0 0 11 0 1 0 0 0 12 0 0 1 1 0 03 0 0 1 0 1 0注：“0”表示灯灭，“1”表示等亮2.3 本章小结 本章主要介绍了该交通灯的设计方案和设计思路，以及该交通灯的工作原理。第三章 详细设计3.1 秒脉冲发生电路该电路的主要功能是通过运算放大器TL082组成迟滞比

15、较器，再与-5V电源组成加法器实现的，产生周期为一秒的矩形波从而每隔一秒触发74LS192进行倒计时。1. 芯片介绍： TL082 的引脚如图（2）所示，里面集成了两个运算放大器。 图（2）2. 方波产生电路的电路图： 图（3）为产生方波的秒脉冲产生电路，由左边的迟滞比较器和右边的积分电路两部分组成，从R2右边的悬空端输出的为方波。图（4）为经过整流管后输出的去掉了负脉冲的方波。图（3） 图（4）3.2 定时器电路该电路的主要功能是实现数码管的倒计时，由两个74ls192 分别做十进制减计数器，从而实现倒计时功能。1. 芯片介绍：图（5） 图（6） 图（7） 图（8）1）74LS192的引脚排

16、列及逻辑符号分别如图（5a）和图（5b）2） 图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、 Q1、 Q2、Q3为数据输出端。3）74LS192的功能表如图（6）所示。4） 图（7）为CD4511的引脚图。其中A1、A2、A3、A4为8421BCD码输入端，a、b、c、 d、e、f、g为译码输出端，苏常柴为高电平“1”有效。5） 图（8）为共阴极LED七段数码管，显示器共阴极链接，接低电平的字段发光。2. 定时器电路的电路图： 图（9）为定时器电路的电路图，主要由两片74LS192组成，个位减计数器的清零

17、脉冲作十位减计数器的脉冲源，而个位的脉冲源从秒脉冲发生器引入。然后通过两片译码器4511控制数码管的倒计时显示。图（9）3.3控制器电路控制器电路作为该交通灯设计电路的核心部分，其主要功能是控制定时器和译码器的工作。1. 芯片介绍： 74LS74的内部组成及引脚如图（10）所示，74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路模块。74LS08的内部组成及引脚如图（11）所示，其中集成了四个二输入与门电路。 图（10） 图（11）2. 控制器电路的电路图： 图（12）为控制器电路的电路图，主要是通过74LS74中的两个D触发器控制六个LED灯的

18、亮灭。图（12）3.4本章小结 从各芯片的引脚和功能到运用这些芯片联合其他器件一起组成具有一定功能的电路，需要有对所有芯片的充分认知和明确的设计思路，本章主要从脉冲发生电路、定时器电路、译码电路和控制器电路等各方面详细介绍了该交通灯设计的理论基础和各模块的功能，把这些摸块儿根据一定的规律组合在一起就可以组成总的交通灯设计方案。第四章 设计结果及分析4.1总体设计结果图（13）为在Multisim13.0中仿真设计的总体设计图图（13）4.2总体设计分析总设计电路图由脉冲发生电路、定时器电路、译码电路、控制器电路及其他电阻、电容等一起构成。了解了各芯片的功能后，简单的芯片连接并不是很难，相对比较

19、难的部分是倒计时秒数的转换，由于数码管显示的时间依次是45S、5S、25S、5S，所以这里采用的是将个位的74LS192直接置为0101（B），即十进制的5，十位的74LS192为0XX0，然后C和B分别连接次干道的黄灯和主干道的黄灯，以此为反馈来实现数码管倒计时秒数的转换。4.3电路检验电路连接完后，要进行调试检验，以检测是否达到相应要求，因为有时即使按照成功的仿真设计电路图进行连接的电路也不一定能达到预期的效果，而且事实证明也确实是这样的。在连接好电路板后进行检验调试时常用到的仪器有：万用表、示波器和信号发生器。线路连接完毕后，不能急于通电，要形成这种习惯，应该先仔细检查，这些检查具体包括

20、：1、连线是否正确可以按照电路图检查安装线路或者按照实际线路来对照原理图电路进行查线，为了防止出错，对于已查过的线通常应该在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”档，或数字式万用表“欧姆档”的蜂鸣器来测量，可直接测量元器件的引脚，这样就可以同时发现接触不良的地方。2、 元器件的安装情况 检查元器件引脚之间有无短路和接触不良的情况，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”“-”极不能接反。3、 测试电路中线路是否接通 用万用表的“欧姆档”，测试每一组的连通的线，将两表笔接到被测的一组线的起始线和末端线的两端，看电阻是否为0，若是则证明是通的，如果是无穷大，则证明中间有线是断

21、开的，要一根一根的检查该组的每一根线，直到检查出为止。在电路检验时出现小的问题要尽量用简单的方法解决，若是错误太多，在需要的情况下则需要把部分甚至整个电路全部拆掉重新连接，这样才能保证最后电路能够达到需要的要求，实现交通灯的控制功能。4.4本章小结 本章主要展示了整体设计电路图，以及对整个电路的分析和实际检验调试。第5章 电路仿真如图（14）是在Multisim13.0中四种状态下的仿真结果举例图（14）总 结经过两个星期的努力，我们小组终于完成了电子计数课程设计交通灯控制电路系统。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电和模电的基础应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。原本以为两三天就可以完成，但是实际接触了才