智能交通灯课程设计

摘要：通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,并且以倒计时显示器显示提示绿灯通行时间，指挥各种车辆和行人平安通行,实现十字路口交通管理的自动化.因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为根底来实现设计交通控制信号灯。而且主要运用到数模点知识来接解决设计电路的问题。关键词：交通问题，交通灯，控制器，计时器Abstract:Throughtheuseofdigitalcircuitryonthetrafficlightscontrolcircuitdesign,toenablethetrafficlightscontrolcircuitatacrossroadswithtwosetsofautomaticcontrolofdigitalsignalred,yellowandgreentrafficlightsapproachthestatusoftheconversion,commandavarietyofvehiclesandpedestrianssafepassagetoachieveautomatedtrafficmanagementatthecrossroads.Therefore,inthecoursedesign,thetraditionaldesignmethodswillbethebasisoftrafficcontrolsignaldesign.Keywords:Trafficproblem，trafficlight，Controller目录1前言………………………......12总体方案……………………..22.1方案的比拟………………...22.2方案论证与选择…………...33单元模块设计………………..43.1各单元模块功能介绍及其电路设计.........................................4计数器模块电路………………..4 显示电路………………………..5时基电路………………………..6分频器电路..........................................................................................................7 红绿灯逻辑控制电路…………..83.2特殊元件的介绍………….123.2.174LS48芯片的介绍............................................123.2.274ls192计数器芯片…………...143.3各单元模块的连接……………………….164软件设计……………………164.1说明软件设计原理及...................................................164.2画出软件设计结构图、说明其功能........................................184.3画出主要软件设计流程框图.............................................195说明系统能实现的功能...................................................206结论………………………..217心得体会……………………228谢辞…………………………239参考文献……………………2410附录………………………..251前言目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、雷达、通信等各个领域。例如在现代测量技术中,数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高,功能高,而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的开展,尤其是中,大规模和超大规模集成电路的开展,数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门,并将产生越来越深刻的影响。随着科技的开展,人民生活水平的提高,出门乘车也成了我们日常生活中必不可少的工具,但是怎样才能比拟平安的在路上行驶，成了我们今天必不可少的话题。交通问题也越来越引起人们的重视，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局部，对于我们学生来说交通灯等控制器也是比拟适合初学者设计的一个课题。本文正是设计的一个十字路口的交通灯控制器。2总体方案2.1方案的比拟方案一本系统主要由时序控制电路，译码器电路，倒计时电路，显示器电路和时基电路组成。其中，实际电路产计时器和控制器的生标准信号，控制器是本系统的核心，协调各局部工作状态。东西方向的黄绿红灯和南北方向的黄绿红灯各有两个十进制数的数码显示器。东南方向红灯亮的时间等于南北方向绿灯和黄灯所亮时间之和。并设定红、绿、灯亮的时间为32s、28s、4s。并且，为方便行人及司机把握通行时间，显示方式为倒计时显示，以1秒的方式递减，到0，东南和南北方向交换工作。如图2.1图2.1时间显示东西方向绿灯黄灯红灯时间显示时间显示东西方向绿灯黄灯红灯时间显示南北方向绿灯黄灯红灯GYR时序控制方案二电路由状态控制电路、译码电路、计数器组成的递减计时系统电路、秒脉冲发生电路等电路组成。以下为其结构方框图：图2.2可预置递减计数器可预置递减计数器BCD译码器信号灯状态译码器状态发生器秒脉冲发生器两位数码管置数装置上图是一种设计方法的工作原理图，其根本工作原理为：从上图可以看出系统有四种不同的工作状态，选用4位二进制递增计数器74163作为状态控制器，取低两位输出作状态控制器的输出，状态编码分别为00、01、10、11。以状态控制器输出作译码器的输入变量，根据4个不同通行状态实现对主、支干道三色信号灯的控制要求，而递减计时系统装置那么采用74HC190，它是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能，因此选用两片74190时间控制可逆计数器，两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲直接作为十进制计数器的计数脉冲，个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示。通过8421码置数输入端，可以选择100以内的数值，实现0—100秒内自由选择的定时要求。最后状态控制器的输出进入译码器中进行译码，因此可以实现交通灯颜色的变化，进而完成一次交通控制。2.2方案选择比拟方案一和方案二可以看出，两种方案的设计都比拟简洁、易行，而且所用的器件大多数为常用器件，比方555、74HC163、CC4511、74HC190以及开关、电阻、二极管、电容等都是我们所学过、用过的根本器件；从操作行和可行性上说：方案二显得稍微要比方案一复杂一点，但实现的效果是差不多的，其次方案二所用的元器件较多，接线时容易出错;从自身的势力上来说，由于本次设计是第一次将数字电子和模拟电子运用于实际的电路设计中，我们尚未完全的掌握这两门知识，对太复杂的电路不易设计、控制，所以综合各个方面的因素，我选择了方案一做为本次课题的主要研究对象，设计中着重介绍方案一的设计方法。3单元模块设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计图3.1交通灯电路交通灯电路循环触发电路时基电路显示电路倒计时电路交通灯：用了LED灯实现循环触发器电路：运用74ls164移位存放器进行改装。时基电路：由NE555构成多谐振荡器使T=1s,那么C=10UR1=15KR2=69K倒计时电路：用74ls192构成减法计数器显示电路：由气段显示译码器实现。3.1.1计数器模块图3.274ls192的去除端是异步的。当去除端〔MR〕为高电平时，不管时钟端〔CPD、CPU〕状态如何，即可完成去除功能。192的预置是异步的。当置入控制端〔PL〕为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端〔Q0～Q3〕即可预置成与数据输入端〔P0～P3〕相一致的状态。192的计数是同步的，靠CNTUP、CNTDWN同时加在4个触发器上而实现。在CNTUP、CNTDWN上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CNTUP或CNTDWN此时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端〔TCUP〕输出一个低电平脉冲，其宽度为CNTUP低电平局部的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端〔TCDWN〕输出一个低电平脉冲，其宽度为CNTDWN低电平局部的低电平脉冲。当把TCDWN和TCUP分别连接后一级的CNTDWN和CNTUP，即可进行级联。双列直插封装引出端符号：TCDWN错位输出端〔低电平有效〕，TCUP进位输出端〔低电平有效〕，CNTDWN减计数时钟输入端〔上升沿有效〕，CNTUP加计数时钟输入端〔上升沿有效〕，MR异步去除端，P0～P3并行数据输入端PL，异步并行置入控制端〔低电平有效〕，Q0～Q3输出端极限值。3.1.运用74ls48译码器和七段译码显示器完成倒数计时间的显示。共阴极电路图如下图3.33.1.秒脉冲发生器秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成，为简化电路，直接选用秒脉冲信号源代替秒脉冲发生器。由555定时器构成的多谐振荡器如图3-5-3所示。该电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡。电容C在(1/3)Vcc～(2/3)Vcc之间充电和放电：接通电源后，电容C被充电，vc上升，当vc上升到(2/3)Vcc时触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使vc下降。当vc下降到(1/3)Vc时触发器又被置位，vo翻转为高电平。电容C放电时间为：Tpl=0.7(R2)C。1〕当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，vc由〔1/3〕Vcc上升到(2/3)Vcc所需的时间为：Tph=0.7(R1+R2)C。2〕当C上升到(2/3)Vcc时，又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1.43/[(R1+2R2)C]。3〕本电路中R1=15K,R2=69K，C=10uf，故由其频率公式可得此电路的频率为f=1HZ。图3.4由555构成的多谐振荡器3.1.4分频器作用是将一秒时钟分成4秒，起着延时作用。采用芯片74ls74,亦可以自己用两块D触发器构成。但本实验中采用74ls74芯片。波形图如下图3.574ls74芯片3.1.5红绿路灯164移位存放器管脚Q6、Q7控制红路灯东西方向： EG=7.6EY=7.Q6ER=Q7南北方向：NG=Q7.Q6NY=Q7.6NR=7Q7Q6EGEYERNGNYNR001000010101000110001010图3.674ls164芯片74ls164是一个串入并出的8位移位存放器用法和原理都很简单，Q0—Q7〔3，4，5，6，10，11，12，13〕并行输出端。A,B〔1，2〕串行输入端。MR〔9〕去除端，为0时，输出清零。CP〔8〕时钟输入端。串行输入带锁存时钟输入,串行输入带缓冲异步去除利用74ls164构成环形计数器每四秒CP触发一次。图3.7N=16扭环形计数器3.2特殊元器件介绍元件表元器件数量LED灯674ls164174ls1924与门8与非门2非门674ls74174ls484AMBERRCC显示器4Ne5551R2C13.2.174LS48芯片的介绍图3.8芯片74LS4874ls48真值表输入输出BIRILTDCBAabcdefg显示字形╳11╳╳╳╳11111110011╳╳╳╳0000000消隐111000011111100111000101100001111001011011012111001111110013111010001100114111010110110115111011000111116111011111100007111100001111118111100111100119111╳╳╳╳锁存锁存注：消隐局部略去。表3-4CC4511BCD码驱动器功能表74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。74LS48除了有实现7段显示译码器根本功能的输入〔DCBA〕和输出〔Ya～Yg〕端外，74LS48还引入了灯测试输入端〔LT〕和动态灭零输入端〔RBI〕，以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出〔BI/RBO〕端。由74LS48真值表可获知7448所具有的逻辑功能：〔1〕7段译码功能〔LT=1，RBI=1〕在灯测试输入端〔LT〕和动态灭零输入端〔RBI〕都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。〔2〕消隐功能〔BI=0〕此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。〔3〕灯测试功能〔LT=0〕此时BI/RBO端作为输出端，端输入低电平信号时，表1最后一行，与及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。〔4〕动态灭零功能〔LT=1，RBI=1〕此时BI/RBO端也作为输出端，LT端输入高电平信号，RBI端输入低电平信号，假设此时DCBA=0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA≠0，那么对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。74ls192计数器芯片的介绍图3.974LS192的引脚图个别引脚说明：Cdn---减计数脉冲输入，当作减计数操作时Cup接高电平。Cup---增计数脉冲输入，当作加计数操作时Cdn接高电平。

BO---借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。CO---进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。74ls192真值表输入输出LD/DCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30×××D0D1D2D3D0D1D2D3100↑××××加计数101↑××××减计数1×××××××保持LD---加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。当LD位某个电平时，计数器可以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。电路中需要四块74ls192倒计时，其中两块预置数位2另两块预置8，构成十进制数28，在时钟脉冲驱动时形成28秒倒计时并通过输出端将BCD码送到74ls48译码器中3.3各单元模块的联接如附录4软件设计4.1说明软件设计原理及设计所用工具Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB〔印制电路板〕设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，一经推出，立即为广阔用户所接受，很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。从Protel98开始，Protel公司将所有应用程序代码从16位升级为32位，使性能大大提高。1999年初，Protel公司推出了Protel99，其最大的改变是引入了设计数据库文件和设计团队的概念，而后又推出了Protel99的改良版--Protel99SE。Protel99SE〔SecondEdition〕在原理图设计和电路仿真方面增加了许多小的功能，而其最主要的改良表达在电路板设计系统方面。使用Protel99SE，你将赞叹其强大的功能和应用的弹性。据说Protel99SE的局部最新功能将兼容举世瞩目的图形制作，编辑和处理软件CORELDRAW。当初欧元硬币的设计解决方案由CorelDRAW来完成，CORELDRAW图形套件中，它集位图编辑处理，网页动画，网页发布，页面布局，向量动画等各种必要功能于一身。将会使您"大大地"提高专业创作的效率。Protel99SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计〔包含信号完整性分析〕、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。以下介绍一些Protel99SE的局部最新功能：

◆可生成30多种格式的电气连接网络表；

◆强大的全局编辑功能；

◆在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；

◆同时运行原理图和PCB，在翻开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络

◆既可以进行正向注释元器件标号〔由原理图到PCB〕，也可以进行反向注释〔由PCB到原理图〕，以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；◆满足国际化设计要求〔包括国标标题栏输出，GB4728国标库〕；*方便易用的数模混合仿真〔兼容SPICE3f5〕；

◆支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；*PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；

◆强大的“规那么驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规那么检查；

◆智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；

◆提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；

◆放置汉字功能；

◆可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；

◆智能封装导航〔对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用〕；

◆方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；

◆独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；

◆强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；

◆经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；

◆反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；

◆专家导航帮您解决信号完整性问题4.2画出软件设计结构图、说明其功能软件结构图如图4.1所示AdvancedIntegrity99AdvancedIntegrity99ProtelAdvancedRoute99SEProtelAdvancedPLD99SEAdvancedSIM99ProtelAdvancedSchimatic99SEProtelAdvancedPCB99SEProtel99SES图4.1软件结构图4.3画出主要软件设计流程框图工作流程图如图图4.2所示建一数据库建一数据库建一原理图文件建一PCB文件元件制作元件制作建一原理图文件建一PCB元件库文件特殊元件设计特殊元件设计原理图设计原理图设计否否检查并生成网络文件元件布局布线检查并生成网络文件文件的保存图4.2工作流程框图5系统功能、指标参数5.1说明系统能实现的功能本设计就是使用我们所学的数字电路知识运用芯片实现由控制逻辑电路来控制红、绿、黄三盏交通指示灯，从而使时间上出现间隔来控制路口车辆的通行问题。每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿三个灯组成，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续同行，未过停车线的车辆停止通行。A道的绿灯时间和黄灯时间之和等于B道的红灯时间，假设绿灯允许通行时间是28S，黄灯闪烁时间是4S，红灯闪烁时间32s。那么一次循环为64S。十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。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“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，再进入下一步某方向的工作循环。6结论通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和电路连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了74ls192，74ls164，74ls48，74ls74，，555一个以及一些门电路。在设计过