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并且结合上网 查的资红绿灯料
简易交通信号灯控制系统器(可交)_交通运输_工程科技_专业资料。《电工与电子技术基础》课程设计报告 题 目 简易交通信号灯控制器 学院（部） 汽车学院 专业 物流工程 班级 22071002 学生 乔睿 学号 2207100204 5 月
《电工与电子技术基础》课程设计报告 题 目 简易交通信号灯控制器 学院（部） 汽车学院 专业 物流工程 班级 22071002 学生 乔睿 学号 2207100204 5 月 21 日至 6 月 1 日 共 2 周 指导教师（签字） 前言 社会在飞速发展，交通也越来越便利，各式各样的马路，立交桥纵横交错，其中必 不可少的就是交通信号灯。在繁忙的十字路口，红绿灯指示着各种车辆和行人的安全，使 交通井然有序，无需交警，交通信号灯的自动控制是通过计算机来实现的。现在，我国的 一些城市已经运用计算机自动控制了，市交警管理工作逐步自动化智能化。为了更了解信 号灯自动控制的基本原理，学习利用数字电子技术设计并制作自动控制装置的方法。可编 程逻辑器件的大量应用，传统 74LS 系列标准逻辑器件在应用系统的设计中应用越来越少， 但是数字电子技术作为理论基础原理并没有改变。因此，基本单元电路，基本功能模块及 基本的分析方法仍然是本次设计的基本容，本次设计主要是简易交通灯控制。这将有利于 我们更好的掌握数字电路的设计方法，将数字电路和模拟电路融会贯通，提高解决实际问 题的能力，同时也为更好的熟悉计算机和运用各程序打下良好基础。 目录 摘要……………………………………………………………………………………………1 一、方案论证与选择…………………………………………………………………………1 二、系统概述…………………………………………………………………………………2 1、原理框图………………………………………………………………………………2 2、简要分析………………………………………………………………………………2 三、单元电路设计及功能说明………………………………………………………………3 1、秒脉冲产生模块………………………………………………………………………3 2、分频模块………………………………………………………………………………4 3、控制模块………………………………………………………………………………5 4、计数和显示模块………………………………………………………………………7 四、系统仿真…………………………………………………………………………………9 五、系统综述…………………………………………………………………………………11 简易交通指示灯总电路图……………………………………………………………………12 编后语…………………………………………………………………………………………12 元器件明细表…………………………………………………………………………………13 参考文献………………………………………………………………………………………14 简易交通信号灯控制器 摘要 在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日 益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们 的安全出行有了很大的保障。 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，指挥各种车辆和行人安全通行， 实现十字路通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础 来实现设计交通控制信号灯。 关键字：交通信号灯 控制器 课程设计 数字电路技术 计数器 寄存器 任务设计与要求: 1.定周控制：主干道绿灯 45 秒，支干道绿灯 25 秒； 2.每次由绿灯变为红灯时，应有 5 秒黄灯亮作为过渡； 3.分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯； 4.设计计时显示电路。 一、方案论证与选择 提出方案 方案一： 采用 555 多谐振荡器来产生 T=1s 的 CP 脉冲，然后分主干道和支干道两路，每一路的 原理都相同； 控制电路：由一个双向移位寄存器 74LS194 的输出来实现状态控制电路。通过它的移位来 实现红、黄、绿灯的转换以及计数电路的工作状态； 计数电路：采用十进制可逆计数器 74LS190 的级联来实现灯的倒计时计数； 显示电路：采用七段数码显示译码器 74LS47 芯片和数码管来实现数字显示。 方案二： 采用 555 多谐振荡器来产生 T=1s 的 CP 脉冲，用异步二-五-十进制计数器实现 5 分频 的功能，从而减少控制状态； 控制电路：采用移位寄存器 74LS164 芯片的输出与计数电路的逻辑关系来实现红、黄、绿 灯的状态转换； 计数电路：采用十进制可逆计数器 74LS190 级联来实现灯的倒计时计数； 显示电路：采用七段数码显示数码管 DCD _HEX 来实现数字显示。 方案选择 本次设计我们采用方案二。对于方案一中的 74LS194，要想实现红、黄、绿灯的转换； 需要通过控制 74LS194 的 S1、S0 的状态来实现置数、保持、右移，而这三种状态的转换不 易实现，相较而言，方案二比较合理。 二、系统概述 1、通过分析系统的逻辑功能，画出其原理框图如图 1 交通灯控制系统的原理框图如图 1 所示。它主要有秒脉冲发生器，分频器，控制器， 计数器及倒计时显示电路组成。秒脉冲发生器是该系统中控制器的标准时钟信号源。控制 器是系统的主要部分。有它来控制计数电路工作。 计数模块 主干道计时显示 秒脉冲发生模块 分频模块 控制模块 主干道灯 支干道灯 计数模块 支干道计时显示 图1 2、分析 (1)、主干道绿灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔 45s 时，转到下一个工作状态。 （2）、主干道黄灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔 5s 时，转到下一个工作状态。 （3）、主干道红灯亮，支干道绿灯亮。主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通过绿灯 亮足规定的时间间隔 25s 时，电路转到下一个工作状态。 （4）、主干道红灯亮，支干道黄灯亮。主干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔 5s 时，电路又转到种工作状态。 交通灯的以上四种状态是由控制器的移位寄存器 74LS164 芯片和一些门电路来进行控 制的，具体介绍见后续控制器功能说明。 三、单元电路设计及功能说明 1、秒脉冲产生模块 秒脉冲发生电路是由 555 定时器构成的多谐振荡器。因为控制系统是以秒作为单位， 所以用秒脉冲发生器，又因为对信号的精度要求不高，故选用 555 定时器构成。如图 2 所 示。 555 定时器周期计算： T1＝（R1＋R2）Cln2=0.7(R1＋R2）C T2=R2Cln2=0.7R2C T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2=0.7(R1+2R2)C 555 定时器组成的秒脉冲 Cp 的周期为 1s，即 T=1s，设置占空比为 51%，所以可设置参数 R1=2.886kΩ R2=70.71kΩ C=10uF Cf=10uF 图2 2、分频模块 通过芯片 74LS290 实现其功能。74LS290 介绍下： 74LS290 是异步二-五-十进制计数器。其逻辑电路图和引脚图如图 3（a）和图 3(b)所 示。它由一个二进制计数器和五进制计数器组成。若以 Cp0 为计数输入端、Q0 为输出端，则 得到一个二进制计数器；若以 Cp1 为输入端，Q3Q2Q1 为输出端，则得到异步五进制计数器； 将 Cp1 与 Q0 相连并以 Cp0 为时钟脉冲输入端，则得到以一个十进制计数器。有两个清零端 R0(1）、 R0(2），两个置 9 控制端 S9(1) 、S9(2)。当 S9(1) = S9(2)=1 时，红绿灯R0(1）= R0(2），=0 时，计数器输出将 被置 9，其功能表如表 1。 复位输入 R R 0(1） 0(2） 置数输入 S9(1) S9(2) 时钟 Cp0 Cp1 输 Q3 Q2 出 Q1 Q0 11 11 X0 0X 1 X X 0 1 1 1 1 R0(1）R0(2）=0 S9(1）S9(2）=0 X X X X X X X X Cp X X Cp Cp Q0 Q3 Cp 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 二进制计数器 五进制计数器 十进制计数器（8421 码） 十进制计数器（5421 码） 表1 74LS290 的逻辑电路如图 3 所示： 图 3(a) 图 3（b） 本电路只用五进制计数，将秒脉冲产生的 Cp 给 Cp1,输出端的变化如表 2 ，根据 Q3 的变化。所以将 Q3 的输出作为控制器的 Cp 脉冲。 R0(1）R0(2）=0 S9(1）S9(2）=0 Cp Q3 Q2 Q1 0 00 0 01 0 10 0 11 1 00 分频模块如图 4： 表 2： 图4 3、控制模块 控制电路：采用两片四位移位寄存器 74LS194 芯片级联和一些门电路来实现红、黄、绿灯 的状态转换； 74LS194 的功能：其中 Q0Q1Q2Q3 是 4 个触发器的输出端。D0D1D2D3 是并行数据输入端， SR 是右移串行数据输入端，SL 是左移串行数据输入端。Cr 是直接清零端，低电平有效。 CP 是同步时钟脉冲 输入端，在输入脉冲上升沿引起移位寄存器状态的转换（CP 又称为移 位信号）。 其逻辑图及引脚图如图 5，图 6，功能表如表 3. 图5 图6 表3 A1，A2 分别表示主干道和支干道的红灯,B1，B2 分别表示主干道和支干道的绿灯 C1，C2 分别表示主干道和支干道的黄灯.则得线 C1 A2 B2 C2 0 000 000 0 0 000 000 1 0 000 001 1 45s 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 111 1 0 001 111 1 0 011 111 1 0 111 111 1 1 111 111 1 010 010 010 010 010 010 010 010 100 100 100 100 100 100 100 100 5s 1 1 1 25s 1 1 1 5s 1 111 111 111 111 110 100 000 111 0 110 0 100 0 000 0 000 0 000 0 000 0 表4 001 100 100 100 100 100 100 100 010 010 010 010 010 001 由此线 控制器的电路如图 7 所示： A2= Q7+Q1 B2= Q1 Q6 C2= Q6 Q7 图7 4、红绿灯计数和显示模块 采用十进制可逆计数器 74LS190 来实现灯的倒计时计数；主干道和支干道的计数原理 相同。74LS190 介绍如下： 74LS190 是十进制可加可减计数器。预置是异步的。红绿灯当置入控制端（LD）为低电平时， 不管时钟 Cp 的状态如何，输出端 Q0~Q3 即可预置成与输入端 D0~D3 相一致的状态。而它的计 数是同步的，靠 Cp 加在四个触发器上实现，当计数控制端 CT 为低电平，在 Cp 上升沿作用 Q0~Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U/D）为低电 平进行加计数。当计数方式控制（U/D）为高电平进行减计数。只有在 Cp 为高电平时 CT 和 U/D 才可以跳变。74LS190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/借位输出端 CO/BO 输出 一个低电平脉冲，其宽度为 Cp 脉冲周期的高电平脉冲。行波时钟输出端 Rc 输出一个宽度 等于 Cp 脉冲周期的低电平脉冲。利用 Rc 可级联成 N 位同步计数器，当采用并行 Cp 控制时， 则将 Rc 接到后一级的 CT；当采用并行 CT 控制时，则将 Rc 接到后一级的 CP. 图8 74LS190 与指示灯控制端线 主干道 支干道 绿 黄 红 高 位 片 低位片 绿 黄 红 高位片 低位片 HGFE DCBA HGFE DCBA 1 0 0 0100 0 1 0 1 0 0 1 0101 0000 0 1 0 0000 0 1 0 1 1 0 0 0010 0101 0 0 1 0011 0 0 0 0 0 1 0 0000 0101 通过对应逻辑关系实现 74LS190 置数功能。 采用两片 74LS190 级联来实现 45s 及其他倒计时电路，电路原理图如图所示图 10 显示 电路采用七段带译码数码显示 DCD_HEX 来实现数字显示。七段数码显示 DCD -- HEX 具 有 4 位输入端，是共阴极七段显示。 只需按从左到右按高位到低位连接即可。如图 10 所 示。 图 10 四、系统仿真 通过 Multisim 软件仿线 主干道绿灯，支干道红灯状态 图 11 2 主干道黄灯，支干道红灯状态 图 12 3 主干道红灯，支干道绿灯状态 图 13 4 主干道红灯，支干道黄灯状态 图 14 五、系统综述 所设计系统通过将 555 多谐振荡器产生的秒脉冲用 74LS290 五分频后实现对移位寄存 器 74LS194 的控制，再将两个四位寄存器 74LS194 级联通过非门接成十六位扭环形移位寄 存器，得到十六种均匀的输出状态，将其不同输出状态通过逻辑门得到红绿灯的工作状态， 同时可以根据红绿灯的工作状态转化为数码管所需显示时间，通过计时显示电路实现数码 显示功能。而计时电路通过十进制加减可逆计数器 74LS190 的减法计数功能得以实现。 简易交通信号灯控制器总电路图 图 15 编后语 总结、收获与体会: 这是我们次自己动手做将理论与实践紧密联系在一起的课程设计，在没有充足经 验的的情况下，我们走的是用时间换取成果的路线。在真正动手设计之前，我和队友就花 了很长时间再图书馆查资料，对各种芯片的功能都进行了比较深刻的了解，并且结合上网 查的资料，设计出初步电路，经过多次修改才确定了终的方案。可能我们的方案不是 理想的，甚至存在很的缺点和不足，但是是我们自己亲手设计用 Multisim 软件进行连接、 仿真再修改，如此反复才得到的结果。通过这次课程设计，让我们认识到开动脑筋和动手 的重要性，我初步把数电知识理论与实践联系起来，使我所学的数字逻辑知识得到了的一 定程度的运用，也培养了我对数电的学习兴趣。同时也让我们意识到团队合作的重要性。 问题与反思： 1.脉冲发生器产生的脉冲之前不够稳定，后来通过调节占空比得到比较稳定的脉冲。 2.各器件都有延时，可能会对电路有影响； 3.器件的性会给系统带来误差； 元器件明细表 元器件明细表 序号 名称 型号参数 数量 注 01 555 定时器 555 Timer 1 秒脉冲发生器 02 2-5 进制计数器 74LS290N 1 分频器 03 四位移位寄存器 74LS194N 2 计数功能 04 十进制可逆计数器 74LS190N 4 减计数器 05 或门 74LS32N 1 每片 4 个 06 与非门 74LS00N 3 每片 4 个 07 非门 74LS04N 5 每片 6 个 05 数码管 DCD HEX 4 数码显示 06 发光二极管 LED 6 红黄绿各两个 07 电阻 08 电容 IPC-7351\Chip-R0805 IPC-2221A/2222\CAPPA3600-3000X1500 4 2.886k、70.71k、 2 10ｕF 参考文献: 1、林涛·数字电子技术基础·清华大学·2007 2、文博·新型常用集成电路速查手册·人民邮电·2006 3、陆应华 主编·电子系统设计教程·国防工业·2005 4、刚 周群 主编·电子系统设计与实践·电子工业·2004 1 5、金平 明山 余祥编著·电子系统设计·电子工业·2007 8 6、戴伏生主编·基础电子电路设计与实践·国防工业·2002 7、陆应华主编·电子系统设计教程·国防工业·2005 2 8、(美）Daniel D.Gajski 著 敏波 译·数字设计原理·清华大学·2005 5 9、容修、泉·数字电子技术基础·理工大学·2001 10 10、刚 王立香 编著·Multisim ＆ Ultiboard 10 原理图与 PCB 设计·电子工业·2009 11、（美）William Kleitz 著 国彬 玉峰 译·数字电子技术-从电路分析到技能实践·科 学·2007 评 语 评审人:
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