交通灯设计( 数字课程设计)

0目录1选题背景........................................................11.1指导思想....................................................11.2方案论证....................................................11.3设计任务与要求..............................................31.4发挥设计任务................................................31.5电路特点....................................................42电路设计........................................................42.1总体方框图.................................................42.2工作原理...................................................43各主要电路及部件工作原理........................................53.1NE555构成多谐振荡器........................................53.274HC161（1）与74HC151构成的脉冲信号选通控制电路...........63.3主控制器...................................................63.4译码电路....................................................74相关计算.......................................................84.1限流电阻的计算：............................................84.2时钟信号产生部分：..........................................85原理总图........................................................96元器件清单.......................................................97调试过程及仿真结果.............................................107.1通电前检查................................................107.2通电检查..................................................107.2.1NE555单元电路调试...................................107.2.274HC161(1)与74HC151构成的脉冲选通信号的调试.........107.2.3发光二极管调试.......................................117.2.4状态循环电路的调.....................................117.3结果分析..................................................117.4小结.......................................................118设计体会及今后的改进意见.......................................118.1体会......................................................118.2本方案特点及存在的问题....................................128.3改进意见..................................................12参考文献资料.....................................................1311选题背景随着现代交通的不断发展和汽车工业进程的加快，城市交通问题越来越引起人们的关注。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部分。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与支干道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，通过应用所学的知识我设计了一套交通灯控制电路的方案设计一个交通信号灯控制器，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）。1.1指导思想由NE555产生5秒脉冲，由计数器74HC161（1）计数产生计时信号。从计数器的输出端输出计时信号经门电路分频，分为5秒、25秒、45秒的脉冲信号，再将其按45秒、5秒、25秒、5秒的顺序依次输入到74HC151的输入端D0～D4，通过对74HC151的选择端置数对输入端选择输出，依次输出D0～D4，即依次在经过45秒、5秒、25秒、5秒时产生脉冲信号，产生的脉冲信号从74HC151的同相输出端输出作为以74HC161(2)和74HC138构成的四个状态循环电路的脉冲信号,而74HC151的反相输出端则作为74HC161（1）的清零信号，即每输出一个计时信号74HC161（1）就清零一次，从新计时，同时利用74HC161（2）的输出端的低两位作为74HC151的控制端的低两位信号，而74HC151的最高为控制信号接低电平，从而实现D0～D4的选择输出，即实现了四个状态的计时循环控制。1.2方案论证方案一：由555产生5秒脉冲，输入到74HC161的CLK端构成80s的计时器，再经门电路译码输出45秒、50秒、75秒、80秒的信号经或门作为以74HC161和74HC138构成的四个状态的循环电路的脉冲信号。方案一特点：门电路多易于发生竞争冒险，译码部分复杂，连线多，不便于检查。其原理图如下（见下页）。2图1-2（1）方案一原理图A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVDD5VR147kΩR247kΩGNDC110µFC20.01µFU1674HC161N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VDD5VU17A74HC04D_4VU1874HC138N_4VY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5U19A74HC04D_4VU20A74HC04D_4VU21A74HC04D_4VU22A74HC04D_4VU23A4011BD_15VU23B4011BD_15VLED1G2LED2G1LED3R2LED4R1LED5Y2LED6Y1R3330ΩR4330ΩR5330ΩR6330ΩR7330ΩR8330ΩGNDU174HC161D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274HC161D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U3A4023BT_5VU5A4082BD_5VU6A4081BT_5VU8A4081BT_5VU12A4072BT_5VU4A4049BP_5VU9A4049BP_5VU10A4049BP_5VU11A4049BP_5VU13A4049BP_5VU14A4049BP_5VU7A4082BD_5VU24A4081BT_5VU25A4081BT_5VU26A4082BD_5VU27A4073BD_5VU28A4081BT_5VU30A4082BD_5VU31A4073BD_5VU32A4081BT_5V3方案二：由555产生5秒脉冲，由计数器74HC161（1）计数产生计时信号。从计数器的输出端输出的计时信号经门电路再经74HC151对其进行选择依次在经过45秒、5秒、25秒、5秒时产生的同相输出信号作为以74HC161(2)和74HC138构成的四个状态循环电路的脉冲信号。方案二特点：电路所需元器件少，连线简单，所需门电路少，前后联系紧密，便于检查，其原理图如下。A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVDD5VR124kΩR224kΩGNDC1100µFC20.01µFU1674HC161N_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VDD5VU1874HC138N_4VY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5U4B4081BP_5VU4A4081BP_5VLED1G2LED2G1LED3R2LED4R1LED5Y2LED6Y1R3330ΩR4330ΩR5330ΩR6330ΩR7330ΩR8330ΩGNDU174HC161D_4VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U2A4081BT_5VU2B4081BT_5VU374HC151D_4V~W6D04D13D22D31D415D514D613D712A11C9B10Y5~G7VDD5VGND图1-2（2）方案二原理图综合方案一二考虑，方案二简单易行，所以采用方案二。1.3设计任务与要求设计一个交通信号灯控制器，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）。具体要求如下：（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。（２）主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（３）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。1.4发挥设计任务利用74HC161（2）的置数端实现让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才4允许通行的功能，从而达到智能控制。1．5电路特点本电路采用NE555定时器对电路输入5秒的脉冲，所产生的脉冲信号与计数器74HC161(1)合作构成定时器。计数器的输出端经门电路再经74HC151对其进行选择依次在经过45秒、5秒、25秒、5秒时产生的信号作为以74HC161(2)和74HC138构成的四个状态循环电路的脉冲信号，从74HC138输出的信号控制LED信号灯相应状态的转换。发挥设计可以利用74HC161(2)的清零端实现让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行的技术要求。2电路设计2.1总体方框图依据功能要求，交通灯控制系统主要由秒脉冲信号发生器、定时电路和控制电路及译码电路组成，原理框图如下图2-1所示，秒脉冲发生器是该系统计数电路的标准时钟信号源。图2-1原理框图2.2工作原理由555产生5秒的脉冲，输入到74HC161（1）的CLK端计数，计到9（即45s）时，由门电路送到74HC151的D0端，此时门电路的控制端对D0选通，通过74HC151的输出端输出，输出的信号作为第二片74H