数电课设_十字路口交通信号灯定时控制系统

数字电子技术基础课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目十字路口交通信号灯定时控制系统课程设计（论文）任务设计参数：（1）主支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。（2）每次绿灯变红灯时黄灯先亮5秒。（3）要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均由同一计数器以秒为单位作减计数。（4）黄灯亮时原红灯按1Hz的频率闪烁。（5）计数器的状态由LED数码管显示。设计要求：1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2.确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩平时成绩（20%）：论文成绩（60%）：答辩成绩（20%）：总成绩：成绩：指导教师签字：年月日数字电子技术基础课程设计（论文）II摘要本设计为十字路口交通信号灯定时控制系统，能够实现灵活的交通管理，按照实际情况将干路车辆通行时间长于支路通行时间，并且能够实现绿灯，黄灯，红灯，红灯闪烁的自动控制，同时对每种交通灯状态有倒计时提示的功能。本设计主要由秒脉冲发生器，计数器，控制电路，译码电路，交通灯驱动电路组成。秒脉冲发生器由555定时器接成多谐振荡器实现。计数器由两片74192实现。控制电路由2片JK触发器实现。译码电路和信号灯驱动电路由若干门电路实现。关键词：交通灯；秒脉冲发生器；计数器；译码电路；控制器；数字电子技术基础课程设计（论文）III目录第1章绪论.................................................................11.1交通灯控制系统设计意义..............................................11.2设计参数及要求......................................................11.3方案论证............................................................21.4设计总体框图........................................................3第2章各单元电路的设计.....................................................42.1秒脉冲发生器模块设计................................................42.1.1秒脉冲发生器的功能.........................................................................................42.1.2秒脉冲发生器的实现.........................................................................................42.1.3555定时器接成的多谐振荡器..........................................................................42.2控制器模块设计......................................................52.2.1交通灯流程控制图.............................................................................................62.2.2控制器的实现.....................................................................................................62.3计数器模块设计......................................................82.3.174ls192芯片简述...............................................................................................82.3.2构成多进制减法计数器.....................................................................................82.4译码电路模块设计....................................................92.4.1译码电路在系统中的功能.................................................................................92.4.2译码电路的组成.................................................................................................92.5交通灯驱动电路.....................................................10第3章整体电路设计与分析..................................................183.1整体电路图及工作原理...............................................183.2电路参数的计算.....................................................203.3整体电路的仿真及分析...............................................20第4章设计总结............................................................21参考文献...................................................................22附录.......................................................................23数字电子技术基础课程设计（论文）1第1章绪论1.1交通灯控制系统设计意义随着社会和经济的发展，人均拥有汽车数量的提高，道路交通安全越来越成为人们关注的焦点。交通灯于是日常生活中起到举足轻重的作用。交通灯是指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯，最早出现在19世纪初的英国。那时的信号灯是红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯。需要由一名手持长杆的警察牵动皮带转换提灯的颜色。这时的交通灯浪费人力，由于煤气易爆炸，又很大的安全隐患。直到1914年，才出现了电器信号灯。直到现在设计交通灯的方案已经有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。交通灯未来的发展将会更趋于智能化。通过与传感器的结合，能自动感应当地的交通状况，从而自动的调节红绿黄灯的时长。这种交通灯与现在很多地方的只能按照设定的初值计时的交通灯比，能够更好的实现交通管理，避免交通阻塞和保障人身安全。1.2设计参数及要求设计参数：（1）主支干道交替通行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。（2）每次绿灯变红灯时黄灯先亮5秒。（3）要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均由同一计数器以秒为单位作减计数。（4）黄灯亮时原红灯按1Hz的频率闪烁。（5）计数器的状态由LED数码管显示。设计要求：1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2.确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。数字电子技术基础课程设计（论文）21.3方案论证方案一：为了实现交通灯最多能从29开始倒计时，最先使用的是两片74LS161芯片。74LS161是加计数16进制计数器，我尝试将级联后的计数器所有的输出接上非门后接上数码管。因为如果从0000来时计数，则输出的起点时1111，接下来的数字是0001，去反码后输出为1110，将1110与1111对比可以发现实现了减法计数的功能。但将输出接上数码管是，现实的是乱码。因为数码管的编码方式是一定的，所以此方案理论上虽然可行，但不符合实际的编码情况，故不采用此方法。方案二：通过查阅了解到74192芯片具有10进制加减计数的功能，将两片芯片级联，能够最大实现100进制倒计时，满足方案的需求。由于课题的要求，计数器有30s倒计时，20s倒计时，5s倒计时的功能，所以需要预置三个编码。对于每种倒计时的要求，我均可以采用两片74192完成。方案三：在方案二的基础上，我通过多个三态门制作成了译码电路，完全能够只用两片74192就能够实现3种状态的倒计时，这种方案与方案二相比，更加节约成本，所以第三种方案最优。综上所述，对于交通灯计时系统的设计采用方案三。数字电子技术基础课程设计（论文）31.4设计总体框图因为计数器和控制电路都需要一个标准的时钟脉冲，在现实生活中，计时是以每秒为单位计时，所以脉冲频率为1Hz。计数器用来实现30秒倒计时，5秒倒计时和20秒倒计时。控制电路为时序逻辑电路。能够实现4种状态的转换。它有两个作用，一是控制交通灯的驱动电路，从而控制交通灯的改变，二是控制译码电路，从而控制计数器的计时方式是以30s、5s、还是20s倒计时。译码电路是先预制好29、5、19的倒计时开始时间，然后通过Q1Q0的状态变化情况输出相应的译码，完成对计数器的倒计时控制。交通灯驱动电路是将控制电路的Q1，Q0通过门电路来按照要求控制交通灯的变化。如图1.1。交通灯驱动电路秒脉冲发生器控制电路支干道交通灯主干道交通灯显示器计数器译码电路图1.1交通灯原理总体方案框图数字电子技术基础课程设计（论文）42ln)2(T2121CRRTT第2章各单元电路的设计2.1秒脉冲发生器模块设计本模块使用多谐振荡器来实现。它是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。由于矩形波中含有丰富的多次谐波，所以将矩形波振荡器称为多谢振荡器。2.1.1秒脉冲发生器的功能因为交通灯控制系统中的计时器，控制器的时钟脉冲以及控红灯闪烁都需要脉冲发生器提供标准的时钟脉冲。在日常生活中，人们所见的交通灯一秒一秒的倒计时，所以脉冲发生器的频率为1Hz。2.1.2秒脉冲发生器的实现产生秒脉冲有多种方法方法。常见的方法有用斯密特触发器构成多谐振荡器和使用石英晶体振荡器来实现。其中石英晶体振荡器应用于对于时钟要求十分准确的电路中，而交通灯电路中对于时钟脉冲的精确度不是很高，所以采用斯密特触发器来构成多谐振荡器。所以在这里，我将采用555定时器，先接成斯密特触发器，在在它的基础上，接成多谐振荡器。2.1.3555定时器接