交通灯控制电路设计数字电子技术课程设计报告

课程设计报告设计题目：交通灯控制电路设计摘要随着社会经济的发展，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，缓解主干道与匝道、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，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。关键词：计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器目录摘要................................................................................................................................................Ⅰ1概述...............................................................................................................................................12.课程设计任务及要求..................................................................................................................23.理论设计........................................................................................................................................33.1方案论证.............................................................................................................................33.2系统设计............................................................................................................................43.2.1结构框图及说明......................................................................................................43.2.2系统原理图及工作原理..........................................................................................43.3单元电路设计.....................................................................................................................53.3.1单元电路工作原理..................................................................................................53.3.2原件参数选择........................................................................................................124.软件仿真......................................................................................................................................134.1仿真电路图.......................................................................................................................134.2仿真过程...........................................................................................................................144.3仿真结果...........................................................................................................................145.安装调试......................................................................................................................................155.1安装调试过程...................................................................................................................155.2故障分析..........................................................................................................................156.结论.............................................................................................................................................167.使用仪器设备清单......................................................................................................................178.参考文献......................................................................................................................................189.收获、体会和建议....................................................................................................................1911概述伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断的增加,交通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了,所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。交通信号灯作为一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置与我们的生活紧密的联系在一起。设计交通灯控制电路的方法有很多种，由于数字电子技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制电路非常方便。而且数字电子技术芯片只要在一定的范围内输入，都能得到稳定的输出，调试简单，电路的工作也比较稳定。这次我设计的交通灯控制电路就是通过基本的一些数字芯片组合来对十字路口交通灯的六个不同信号灯的控制，另外还加以倒计时直观显示。这个电路的设计看似起来比较复杂，但它也是由一些基本的电路组成。只要将实现整个电路的基本设计思路和方案确定下来，画出方框图再对个功能方框的电路进行设计，一步步突破，最后整理设计出整个电路的原理图来。在此对电路的详细设计过程总体概括一下：首先，画出设计的控制电路的方框图。其次，对各功能电路的实现进行论证介绍。再次，对各功能电路的设计进行详细的介绍。至此这次的课程设计也就完成了，但对电子知识和技能的学习与探索将永不停止。22.课程设计任务及要求2.1设计任务用常用的中、小规模数字集成电路（参见材料清单）设计一个交通灯控制电路。自行设计，并完成系统功能的检验。2.2设计要求（1）要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。33.理论设计3.1方案论证交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为：状态0：东西方向车道的绿灯亮，人行道的绿灯亮；南北方向车道的红灯亮，人行道的红灯亮。状态1：东西方向车道的黄灯闪，人行道的红灯亮；南北方向车道的红灯亮，人行道的红灯亮；状态2：东西方向车道的红灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的绿灯亮，人行道的绿灯亮；状态3：东西方向车道的红灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的黄灯闪，人行道的红灯亮；4种状态循环往复，并且车道红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。交通灯电路的具体运行状态如表2.1所示：表3.1交通灯运行状态东西方向车道东西人行道南北方向车道南北人行道红黄绿红绿红黄绿红绿0亮灭灭亮灭灭灭亮灭亮1亮灭灭亮灭灭闪灭亮灭2灭灭亮灭亮亮灭灭亮灭3灭闪灭亮灭亮灭灭亮灭灯运行状态43.2系统设计3.2.1结构框图及说明交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图3.1所示，有脉冲电路、倒计时电、状态控制电路、灯显示电路。图3.1交通灯控制电路结构框图3.2.2系统原理图及工作原理脉冲电路倒计时电路数码管状态控制电路灯显示电路电源东西方向绿灯南北方向红灯东西方向黄灯南北方向红灯东西方向红灯南北方向绿灯东西方向红灯南北方向黄灯53.3单元电路设计3.3.1单元电路工作原理3.3.1.1脉冲电路利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出1Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。组成的脉冲电路如图3.2所示：VCCvCvO0.01FC84555762351图3.2脉冲电路参数计算如下：22ln20.7pLtRCRC1212()ln20.7()pHtRRCRRC1211.43(2)plphfttRRC取R1=60kW（可调），R2=100kW，C=4.7uF。即可实现调出1Hz的矩型方波。在输出端接上了一个开关，可以控制系统工作的开始和暂停。R1R26