交通灯课程设计 十字路口交通管理控制器.doc

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1、课 程 设 计题 目十字路口交通管理控制器学 院信息工程学院专 业通信工程班 级 姓 名指导教师2010年月日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 十字路口交通管理控制器 初始条件：74 LS192、74 LS245要求完成的主要任务: （1） 基本部分可用LED模拟交通灯；主道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、5秒、25秒；次道路绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、65秒；主、次道路时间指示采用倒计时制，用2位数码管显示（2） 扩展部分主、次道路绿、黄、红灯亮的时间可以预置；主、次道路绿、黄、红灯亮的时间可以分别调整时间安排：7.5： 理

2、论设计7.67.7：安装调试或仿真7.8： 撰写报告7.9： 答辩指导教师签名： 2010年 7月 2日系主任签名： 2010年 7 月 2 日摘要该论文主要介绍采用常用组合逻辑器件和时序逻辑器件,实现交通系统的设计。十字路口的红绿灯对行人和各种车辆安全运行发挥着重要的作用,是实现红绿灯的自动指挥是城市交通管理自动化的基本要求.设计一个交叉路口交通信号灯控制系统,必然要在两个方向设置红、黄、绿三盏信号灯指示是否允许通行,此外还要设置时钟,以倒计时方式显示每条路允许通行或者禁止通行的时间,甚至还可以设置一些别的功能,如按车的流量分配通行时间,特殊状况的处理等.关键词：组合逻辑器件；时序逻辑器件；

3、交通管理自动化Abstract The paper mainly introduces the method of using a common combination of logic devices and sequential logic devices to achieve the design of transportation systems.The traffic light intersections plays an important role in the safe opration of pedestrian and various vehicles which is

4、the basic requirement of the city traffic automatic management. As an intersection traffic signal control system, the lights set in two different directions in addition to red, yellow, green three signals indicate whether to allow access.What else, a clock to countdown displayed on each route, to al

5、low access or prohibit passagetime, you can also set up some other features, such as traffic distribution by car travel time, handling of special situations . Keywords: Combination of logic devices; Sequential logic devices; Automatic traffic management: 目录摘要.31 总体62方案的选择72.1方案一72.2方案二72.3方案的最终选择113

6、单元电路的设计和元器件的选择123.1秒脉冲信号发生电路123.2定时系统134电路总图145电路的性能测试与仿真155.1测试秒脉冲信号发生器155.2 定时系统的测试155.3整体机的测试176小结与体会187 元器件清单19参考文献20十字路口交通控制管理器1总体设计根据设计要求主道路绿、黄、红灯亮的时间分别为60秒、5秒、20秒，此道路绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、25秒。其时序关系如图1-1所示。图1-1 交通灯时序工作图根据要求中交通指示灯定时亮灭，时间指示采用倒计时显示，则需要由定时系统，计数器，时钟电路等来满足，状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的工作状态，通过译码

7、器分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的的回零脉冲时状态控制器完成状态转换。其工作框图如图1-2所示时钟电路主道计数器次道计数器译码显示器译码显示器组合电路组合电路电路秒脉冲电路主绿主黄主红次绿次黄次红计 数 器组 合 逻 辑 电 路图1-2 交通管理控制器框图2方案的选择2.1方案一图2-2为交通灯控制器的一个参考设计方案.在这一方案中，系统由控制器、定时器、秒脉冲信号发生器、信号灯组成。其中控制器是和兴部分，由它控制定时器和译码器的工作。秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需要的标准信号，

8、译码器输出两路信号灯的控制信号。2-1 交通灯控制器框图Tl：表示主道路或次道路绿灯亮的时间间隔，即车辆正常通行的时间间隔。定时到Tl=1，否则Tl=0.Ty：表示黄灯亮的时间间隔，定时到，Ty=1，否则Ty=0.St：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。2.2方案二 设主干道方向红绿黄灯分别为ER,EG,EY,次道路方向红绿黄灯分别为NR,NG,NY.设黄灯亮的时间为单位时间t（t=5s）各个方向的红黄绿灯亮的时间比为5：1：12，一次循环（红绿交换一次）周期为18。其工作流程图如图2-2-1所示2-1 交通灯工作流程图2-2-1 交

9、通灯顺序工作流程图根据设计要求各信号灯的工作顺序流程图如图2-2-2所示。信号灯四种不同的状态分别用S0（主绿灯亮，支黄灯亮）表示、S1（主黄灯亮，支红灯亮）、S2（主红灯亮，支绿灯亮）、S3（主红灯亮，支黄灯亮）表示，其状态编码即状态及状态转换图如图2-2-3所示。2-2-2 交通灯顺序工作流程图2-2-3交通灯状态转换图显然这是一个二位二进制计数器。可以采用计数器74LS192构成状态控制器，74LS192功能如表2-2-5所示。电路如图2-2-4所示2-2-4 交通灯状态控制器74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)，下面我们介绍74ls192引脚图,74ls19

10、2功能表等资料。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。表3-1-1 74LS192功能表 表2-2-5 74LS192管脚图2.3方案的最终选择 根据设计要求，主道路绿、红、黄灯亮的时间分别为60s、25s、5s，次道路绿、红、黄灯亮的时间为20s、65s、5s。方案一可以通过能自动装入不同定时时间的定时电路以完成定时任务。方案二可以通过移位寄存器产生固定周期信号控制交通灯。比较两种方案，方案二电路简单易理解，但其不

11、能满足主次道路通行时间不同的要求。而方案一可以通过定时器满足这一点，因此选择方案二。3单元电路的设计和元器件的选择3.1秒脉冲信号发生电路3.1.1 由TTL门构成对称多谐振荡器3-1-1TTL多谐振荡器 由于定时器将按照秒计数，脉冲周期应该为1秒。按T1.1RC计算，R和C的值都将很大。而且这里只能用无极性电容，无极性的容量没有很大的。所以这种电路很难实现秒脉冲的发生。3.1.2秒脉冲信号发生电路产生秒信号的电路有多种形式，图是利用555定时器组成的秒信号发生器。因为该电路输出脉冲周期为：T（R1+R2）Cln2,若T=1s,令C=10F，R1=43K，R2=50K，经过计算的T=1s，则f

12、=1/T=1Hz。从而使传输脉冲周期为1s。3-2 555定时器构成的多谐振荡器及输出图3.2定时系统根据设计要求，交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器，以完成60秒、20秒、5秒的定时任务。该定时器由两片74LS192构成的两位十进制可预置减法计数器完成；时间状态由两片74LS47和两支LED数码管对减法计数器进行译码显示。预置到减法计数器的时间常数通过三片8路双向三态门74LS363来完成。三片74LS363的输入数据分别接入60、20、5三个不同的数字，任一输入数据到减法计数器的置入由状态译码器的输出信号控制不同74LS363的选通信号来实现。例如当S1(Q0Q1=01)

13、或在S3(Q0Q1=11)时，要求减法计数器按初值5开始计数，故采用S1、S2为逻辑变量而形成的控制信号Q0去控制输入数据接数字5的74LS245的选通信号。由于74LS245选通信号要求低电平有效，故Q0经一级反相器后输出接相应74LS245的选通信号。同理，输入数据接60的三态门74LS245的选通信号接主道路绿灯信号G非；输入数据接20的三态门74LS245的选通信号接次道路绿灯信号g非。所设计的定时系统如图3-4所示4电路总图5电路的性能测试与仿真5.1测试秒脉冲信号发生器图5-1-1所示电路为由555定时器组成的多谐振荡器，其输出波形为频率为1HZ的矩形波，波形如图5-1-2所示。图

14、5-1-1 脉冲信号发生器图5-1-2 脉冲信号发生器输出波形5.2 定时系统的测试 用Multisim中绘制定时系统的电路图，观察两只译码显示器的变化，通过测试得知其分别显示60秒倒计时、20秒倒计时、5秒倒计时。说明定时系统可以满足定时任务。5.2 整体机的测试用multisim中绘制好整体电路图，观察两只数码管的变化和6只发光二极管的变化，发现其与预先设定的值相匹配，说明系统是正确的。6小结与体会 在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条路上各有一组红、黄、绿交通灯，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。 在做本次课程设计之前，我从没有注意过每

15、天都看到的、习以为常的交通灯，当我知道本次课程设计自己的任务是做交通灯控制电路时，我开始在每次过马路时注意交通灯，并思考它的构造。 我在做本次课程设计之前到图书馆查阅了与交通灯相关的资料，对其构造有了初步的了解，脑海中也有了大体思路，于是便迫不及待的开始了自己的设计。本以为交通灯时一个很简单的数字电子系统，自己可以很容易的完成任务，但在实际操作中还是遇到了一些障碍，我所能设计的只是主次道路的通行时间相同的交通灯控制系统，因为这种系统要求简单，容易做到。但不符合本次课程设计的要求，本次课程设计在其基础上添加了一点难度，我第一次设计的电路不能完全满足课设要求。在此期间我的设计一筹莫展，后来我放弃了

16、开始的方案从新开始设计，最终得到了满足要求的电路，但是由于我的水平有限，电路并不是最合理最完善的电路，其中存在许多需要改进的地方。 本次课程设计是我在平时中学到的数电知识得到了综合应用，并且将理论知识用于实践设计，使我对理论知识了解的更加透彻，也对自己所学的科目产生了更为浓厚的兴趣。 在这次设计中，除了使用以前学习过的芯片，还接触到了自己从未了解过的芯片，可见自己的实际操作不仅可以加深对过去知识的记忆，更能见识新事物，扩展知识面。 本次课程设计我使用的仿真软件是multisim，在上学期的电子技术模拟部分中我曾经做过一次课程设计，其中仿真部分也是用的multisim，但当时对它的了解并不透彻，

17、使用起来也不灵活，通过本次再次使用，增加了对它的了解。这样一来，我既可以用multisim对模拟电路进行仿真，也可以对数字电路进行仿真，这对我以后的学习有很大的帮助。 7 元器件清单类别型号数量备注集成芯片555定时器174LS245674LS1925逻辑门电路与非门4非门4与门2显示器共阳极七段LED数码管4电容10uF10.01uF1电阻43k150k1电源5V参考文献1 姚福安 主编. 电子电路设计与实践. 山东科技出版社2 祁存荣 主编. 电子技术基础实验. 武汉理工大学出版社3 康花光 主编. 电子技术基础数字部分. 高等教育出版社4 粱宗善 主编. 电子技术基础课程设计. 华中理工大学出版社5 中国集成电路大全编写委员会编. 中国集成电路大全TTL集成电路.北京：国防工业出版社，19856 绳广基 编著. 数字逻辑电路设计与实验.上海：上海交通大学出版社7 74系列芯片的应用. 现代电子技术（半月刊）.第128期 本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：设计方案和内容（30分）制作与调试（30分）说明书内容和规范程度（20分）答 辩（10分）考 勤（10分）总 分（100分）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日