基于数字电路的交通灯设计

电子技术课程设计报告课程名称电子技术课程设计设计题目交通信号灯控制器所学专业名称电子信息工程班级电信1班学号2013210xxx学生姓名张XX指导教师XXX2015年6月1日电子技术课程设计任务书设计（论文）名称：交通信号灯控制器系(部)、专业：电气学院电子信息工程学生姓名：张XX指导教师：XXX下达时间：2015年5月25日一、课程设计应达到的目的：设计①设计一个十字路口交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间25秒；②要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；③黄灯亮时要求每秒闪亮一次。二、课程设计任务和基本要求设计任务：①设计一个十字路口交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间25秒；②要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；③黄灯亮时要求每秒闪亮一次。基本要求：①用交通灯控制十字路口的车辆通行，绿灯通行，黄灯缓行，红灯停止，每次通行25秒，则要求绿灯每次亮25秒。②绿灯亮25秒后变成黄灯，黄灯再亮5秒，当甲车道亮绿灯时，乙车道红灯亮，那么当甲车道亮黄灯时，车辆缓行，此时乙车道不能通行，故亮红灯，所以红灯亮30秒。③黄灯闪亮，只需将黄灯的控制信号与时间的秒信号相与即可。目录摘要：.................................................................................3第一章设计电路.................................................................................................................................................41.1设计任务与要求...................................................................................................................................41.2设计分析...............................................................................................................................................4第二章总体设计方案.........................................................................................................................................52.1电路状态分析.......................................................................................................................................52.2时间控制分析.......................................................................................................................................5第三章单元电路设计.........................................................................................................................................63.1时标电路...............................................................................................................................................63.2分频电路...............................................................................................................................................63.3核心控制电路及显示............................................................................................................................73.4倒计时显示电路....................................................................................................................................8第四章电路总图.................................................................................................................................................9第五章元件清单...............................................................................................................................................10第六章心得体会...............................................................................................................................................10参考文献.............................................................................................................................................................11芯片引脚与功能表.............................................................................................................................................11交通信号灯控制器摘要：在日常生活中，交通灯作为管理交通、调协车辆的一个便捷的手段，起着很大的作用。各种交通工具、行人都要根据交通灯的变化来决定是否前行，通行的时间的规定协调了它们的步伐，极大的减少了由于交通混乱引起的各种事故的发生。因此，一个完善的交通系统中，交通灯是必不可少的设备，一个完善的交通灯程序会更有效的管理当前道路中出现的实际情况，使车辆、行人的行进变得更顺畅、更和谐。第一章设计电路1.1设计任务与要求①设计一个十字路口交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间25秒；②要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道；③黄灯亮时要求每秒闪亮一次。1.2设计分析①用交通灯控制十字路口的车辆通行，绿灯通行，黄灯缓行，红灯停止，每次通行25秒，则要求绿灯每次亮25秒。②绿灯亮25秒后变成黄灯，黄灯再亮5秒，当甲车道亮绿灯时，乙车道红灯亮，那么当甲车道亮黄灯时，车辆缓行，此时乙车道不能通行，故亮红灯，所以红灯亮30秒。③黄灯闪亮，只需将黄灯的控制信号与时间的秒信号相与即可。1.3设计原理与框图为了确保十字路口的车辆顺利、通畅地通过，往往都采用自动控制的红、黄、绿的交通灯来进行指挥。其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆缓慢通行；绿灯表示该道路允许通行。交通灯的控制系统框图如图1-1所示：它主要由控制器、分频器、倒计时器和时标等部分组成。时标以秒脉冲发生器产生，倒计时器显示时标分频系统控制电路东西方向EW⊕⊕⊕GYR南北方向NS⊕⊕⊕GYR倒计时显示图1-1两组信号灯的控制时间，分频器将时标秒信号进行五分频，并将信号提供给控制器，控制器是系统的主要部分，由它控制倒计时器，和红绿黄灯的显示情况。第二章总体设计方案2.1电路状态分析（1）两车道的运行状态共4种，如表2-1所示控制器状态信号灯状态车道运行状态及时间S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）南北绿，东西红南北黄，东西红南北红，东西绿南北红，东西黄南北通行，东西禁止通行(5t)南北缓行，东西禁止通行(t)南北禁止通行，东西通行(5t)南北禁止通行，东西缓行(t)表2-1控制器工作状态及其功能表中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR,NSY,NSG;东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR,EWY,EWG。它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。应满足两个方向的工作时序，即东西方向亮红灯的时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和。同理，南北方向亮红灯的时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。本方案取时间t=5s，则南北、东西方向亮绿、黄、红灯时间分别为25s、5s、30s。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。2.2时间控制分析（2）十字路口要有数字显示作为时间提示，以方便人们更直观地把握时间。具体应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，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。例如当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为30，并使计数器开始减“1”计数。当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显示应为5，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为30。时序工作流程图如图2-2所示：S0=0030sS1=015sS2=1030sS3=1125s图2-2(3)时标直接由集成的时钟信号源提供1s的单位秒脉冲；倒计时器由4块74LS192两两组合，分别记录南北、东西方向的通行情况，数字显示由四块集成的4输入端数码管承担；时间t=5s，有74LS161的五分频信号提供；控制器由2块74LS194组成扭环行12进制计数器，提供红黄绿灯的控制信号，再由集成的虚拟交通灯模拟红黄绿的显示情况。第三章单元电路设计3.1时标电路秒脉冲由如图3-1所示的集成时钟信号源提供，本方案信号源采用5V的电压，它是整个电路的基准时间信号，它的秒脉冲直接提供给分频器74LS161，并触发其工作。（也可以采用555定时器来提供秒脉冲信号）图3-13.2分频电路该分频电路为五分频，具体设计情况如图3-2所示：U574LS161DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2V160Hz5VVCC5VXSC1ABCDGTU1A74LS04D图3-24位同步二进制计数器74LS161的封装及功能表见附录，将芯片的始能端ENP、ENT，清零端（低电平有效），电源端接5V（高电平），输出端QC五进制的进位端通过74LS04非门反馈给置数端LOAD（低电平有效