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交通灯完成
烟台南山学院
《数字电子技术》课程设计
题目《交通灯控制电路》
所学专业:
自动化
班级:
自动化1101
姓名:
金赢
学号:
201102021070
指导教师:
苏凤
设
计
要
求
及
主
要
内
容
1、基本要求
(1)甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。
(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。
(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。
(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;
2、设计目的
(1)熟悉集成电路的引脚安排。
(2)掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
(3)了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。
(4)学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。
交通灯定时控制系统的设计、制作
摘要
在城镇街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行;绿灯亮表示该条道路允许通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
关键字:
交通灯,控制器,定时器,译码器
目录
第一章绪论1
课题背景1
第二章系统方案设计2
2.1设计概述:
2
2.2交通灯逻辑分析:
2
第3章系统硬件设计4
3.1秒脉冲发生器4
3.2定时器的设计:
4
3.3控制器的设计5
3.4显示电路的设计6
心得体会8
参考文献9
附录10
第一章绪论
本设计系统是基于单片机的模拟交通灯控制系统,具有一定的实际意义。
本课题的目的是以单片机为核心,通过LED数码管显示和LED灯完成了十字路口的工作状态的模拟,并且通过按键有效的控制等待时间的长短。
其运行可靠,操作方便,适用性强,可以广泛应用于城市路口,具有较大的推广价值。
系统的设计是先是通过第2章,方案的论证,确定系统的元器件。
第3章,硬件电路的设计,硬件的设计是通过元器件的功能和使用方法进行的。
第4章,软件程序的设计,系统的软件设计是根据单片机对其它元器件的控制进行设计的,并且通过Multisim软件进行模拟仿真,以实现交通灯控制系统的模拟功能。
课题背景
近年来,随着汽车数量的猛增,我国大中型城市的城市交通,正面临着严峻的考验,从而导致交通问题日益严重,其主要表现如下:
交通事故频发,对人类生命安全造成极大威胁;交通拥堵严重,导致出行时间增加,能源消耗加大;空气污染和噪声污染程度日益加深等。
日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。
在这种背景下,结合我国城市道路交通的实际情况,开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。
第二章系统方案设计
2.1设计概述:
系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。
其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号,通过定时器向控制器发出三种定时信号,使相应的发光二极管发光。
译码显示器在控制器的控制下,改变交通灯信号,产生倒计时时间显示,控制器根据定时器的信号,进行状态间的转换,使显示器的显示发生相应转变。
2.2交通灯逻辑分析:
设计时序如下:
东西向
南北向
图2.1
图2.1表示甲车道和乙车道的十字路口交通灯系统,每条道路设一组信号灯,每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成,绿灯表示允许车辆通行,红灯表示禁止通行,黄灯为过渡灯,表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过停车线的车辆禁止通行。
图2.2交通灯逻辑
系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。
其中控制器是核心部分,由它控制定时器和译码器的工作,秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号,译码器输出两路信号灯的控制信号。
图中TL、TY为定时器的输出信号,ST为Tc的输出信号。
TL:
表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒,即车辆正常通行的时间间隔。
时间区间是从TY=1到TL=1这段时间区间。
TY:
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
时间区间是从TL=1到TY=1这段时间区间。
ST:
表示定时器到了规定的时间30秒后,由定时器的TC发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
两个定时器的TC端同时发出信号,说明了“30秒的时间已到”此时状态转换信号ST产生,使得定时器重新置数,准备重新计时。
交通灯控制器的控制过程分为四个阶段,对应的输出有四种状态,分别用S0、S1、S2、S3表示。
S0状态:
甲车道绿灯亮,乙车道红灯亮,此时甲车道允许车辆通行,乙车道禁止车辆通行。
当甲车道绿灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。
S1状态:
甲车道黄灯亮,乙车道红灯亮,此时甲车道允许超过停车线的车辆继续通行,而未超过停车线的车辆禁止通行,乙车道禁止车辆通行。
当甲车道黄灯亮够规定时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。
S3状态:
甲车道红灯亮,乙车道绿灯亮。
此时甲车道禁止车辆通行,乙车道允许车辆通行,当乙车道绿灯亮够规定时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态。
S2状态:
甲车道红灯亮,乙车道黄灯亮。
此时甲车道禁止车辆通行,乙车道允许超过停车线的车辆通行,而未超过停车线的车辆禁止通行。
当乙车道红灯亮够规定的时间后,控制器发出状态转换信号,系统进入下一个状态------S0状态。
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态
S0(00)
甲绿,乙红
甲车道通行,乙车道禁止通行
S1(01)
甲黄,乙红
甲车道缓行,乙车道禁止通行
S3(11)
甲红,乙绿
甲车道禁止通行,乙车道通行
S2(10)
甲红,乙黄
甲车道禁止通行,乙车道缓行
第3章系统硬件设计
3.1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成,其中R8=15K、R9=68K,C3=10uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。
既T=(R8+2R9)C2ln2当T=1S,即可凑出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。
如图1-4所示,R9=68K、C3=10uF组成一个串联RC充放电电路,在NE555的7脚上输出一个方波信号,C3上得到一个三角波。
此三角波送到NE555的2脚输入端。
由NE555内部的比较器和门电路共同作用,维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
图3.1秒脉冲信号发生器
3.2定时器的设计:
用74LS190直接构成减法计数器,时钟脉冲上升沿到来时,在控制信号ST的作用下,计数器以减计数向控制器提供TY、TL的时间信号。
74LS190是同步十进制可逆计数器,用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。
74LS190可以级联,只需要2片即可向控制器提供TL、TY的信号,当两个芯片同时减数到0时会再次产生ST信号重新开始倒计时。
倒计数可在数字显示电路中实现。
如图3.2所示。
图3.2定时器电路图
图中U4为个位计数器,U2为十位计数器。
U4由555定时器供给其脉冲。
当其从9计数到0时,进位端产生一个高电平,随即有一个上升沿,供给U2做时钟脉冲,此时U2计数减一,实现两片芯片的级联。
由于整个电路是从30计数,减一到01,再恢复至30,重新开始计数,所以,芯片由二者的TC共同与非再置数。
输入分别为0000(0)和0011(3)。
3.3控制器的设计
用四选一数据选择器和D触发器实现。
数据选择器用74LS153,触发器用74LS74。
设计中将触发器的输出看作逻辑变量,将TL、 TY看作输入信号,按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数,并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端,数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。
就可得到控制器的原理图,触发器的时钟输入端输入秒脉冲。
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
Q1Q2
TLTY
Q1n+1Q2n+1
TS
00
00
01
01
11
11
10
10
0X
1X
X0
X1
0X
1X
X0
X1
00
01
01
11
11
10
10
00
0
0
0
0
0
0
0
1
系统的输出是在下图中的74LS74D中的1Q-1Q和2Q-2Q驱动下的六个发光二极管,
图3.3控制器电路图
3.4显示电路的设计
采用74LS190进行减计数,然后将输出通过7448接到七段显示译码器上。
7448是用来驱动共阴数码管的。
如图3.4所示。
图3.4数码管显示电路
心得体会
这次课程设计历时一个星期。
通过这一个星期的课程设计,我发现了自己的很多缺点与不足,自己知识的漏洞,看到了自己的实践经验还是比较缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
在连接电路之前,我们必须查阅好各个芯片的引脚图,知道一个芯片共有几个引脚,哪个引脚该接什么。
最后,在焊接的时候,一定要细心,不能够三心二意,因为线比较多,所以一定要全神贯注。
结果出不来,不要急躁;看到其他同学提前完成设计了,不要急躁;当找不到问题所在处时,也不要急躁。
总而言之,就是得静下心来,不急不躁,慢慢检查,慢慢体会。
本次课程设计也让我加深了对电子线路基本知识的理解,提高了我的综合运用所学知识的能力,增强了我的根据课程需要选学参考资料,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
同时我也初步学习到了关于课程设计的基本方法、步骤和撰写设计论文的格式。
参考文献
1、数字电子技术基础.阎石主编.第五版.高等教育出版社.
2、电工电子实践教程.易灵芝秦祖泽田拥军主编.湘潭大学出版社.
附录
总电路图:
元器件清单:
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
电阻
47kΩ
2
2
电阻
200Ω
7
3
电阻
10kΩ
1
4
电容
10nF
2
5
电容
10uF
2
6
定时器
NE555
1
7
减法计数器
74LS190
2
8
译码器
74LS48
2
9
D触发器
74LS74
1
双D触发器
10
数据选择器
74LS153
1
双4选1
11
2输入与非门
74LS00
1
12
3输入与非门
74LS10
2
13
4输入与非门
74LS20
1
14
非门
74LS04
2
15
2输入与门
74LS08
2
16
发光二极管
常用
2
绿色
17
发光二极管
常用
2
红色
18
发光二极管
常用
2
黄色
19
数码管
常用
2
共阴极
20
导线
常用
若干
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