1、.1目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25289 1引 言 PAGEREF _Toc25289 1 HYPERLINK l _Toc18353 2設計目的和要求 PAGEREF _Toc18353 2 HYPERLINK l _Toc27461 3設計方案的比較和選定 PAGEREF _Toc27461 3 HYPERLINK l _Toc26131 4系統(tǒng)方框圖 PAGEREF _Toc26131 4 HYPERLINK l _Toc28599 5 電路工作原理 PAGEREF _Toc28599 5 HYPERLINK l _Toc9357 6 電路設計

2、 PAGEREF _Toc9357 6 HYPERLINK l _Toc4340 6.1 555定時器構成的秒脈沖信號發(fā)生器 PAGEREF _Toc4340 6 HYPERLINK l _Toc27252 6.1.1 555定時器的引腳 PAGEREF _Toc27252 6 HYPERLINK l _Toc903 6.1.2 555定時器工作原理 PAGEREF _Toc903 7 HYPERLINK l _Toc650 6.1.3 秒脈沖信號發(fā)生器 PAGEREF _Toc650 8 HYPERLINK l _Toc13826 6.2 定時器電路 PAGEREF _Toc13826 8

3、HYPERLINK l _Toc7299 6.2.1 定時器的作用 PAGEREF _Toc7299 8 HYPERLINK l _Toc28401 6.2.2 定時器的構成 PAGEREF _Toc28401 9 HYPERLINK l _Toc3013 6.3 控制器電路 PAGEREF _Toc3013 11 HYPERLINK l _Toc18208 6.4 譯碼器 PAGEREF _Toc18208 12 HYPERLINK l _Toc13563 7系統(tǒng)總電路圖 PAGEREF _Toc13563 15 HYPERLINK l _Toc19284 8 總結 PAGEREF _Toc

4、19284 16 HYPERLINK l _Toc27000 參考文獻 PAGEREF _Toc27000 17 HYPERLINK l _Toc10419 致 PAGEREF _Toc10419 18 HYPERLINK l _Toc9852 附錄 PAGEREF _Toc9852 20摘 要隨著社會不斷的開展，人民的生活水平不斷的提高，汽車已經(jīng)成為人們生活必不可少的一局部,伴隨而來的是日趨復雜的交通問題。日趨復雜的交通指揮系統(tǒng)僅靠人力來完成是遠遠不夠的，這就需要設計一個簡單有效的交通燈控制系統(tǒng)來完成這些復雜的工作，從而使城市交通系統(tǒng)有序，平安地運行。交通燈控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是社會開展下的必然產(chǎn)

5、物，在城市道路系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，它直接影響到城市的通車質(zhì)量。所以，一個簡單有效的交通燈控制系統(tǒng)對一個城市的開展具有巨大的意義。本電路也正是基于前人設計的根底上進展改進，全部由數(shù)字電路組成，比以前的方案更為準確。 關鍵詞：汽車；交通問題；交通燈控制系統(tǒng)；開展；數(shù)電AbstractWith the development of the society, peoples living standard continues to improve, the automobile has been an integral part of peoples life, together with th

6、eincreasingly ple* traffic problem. It is far from enough to manage theincreasingly ple*mand system just depend on human, it requires a simple but effective traffic lights mand system to plete these ple* work, which makes the urban transport system work in order and safety. So, a simple but effectiv

7、e traffic lights mand system means a lot to the growth of a city .Therefore, many designer have worked out a lot of programs, most are traffic lights. This circuit develop on the predecessors programs, all made up of digital circuit, which is more accurate than forever. Key words:automobile; traffic

8、 problem; traffic lights mand system; develop; digital circuit.11引 言中國最早的馬路紅綠燈，是于1908年出現(xiàn)在的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制，從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學化、自動化上不斷地更新、開展和完善。當前，大量的交通信號燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關系的協(xié)調(diào)方向開展。隨著社會的開展,城市規(guī)模的不斷擴大,城市交通成為制約城市開展的一大因素，城市交通問題越來越引起人們的關注。因此,有許多設計工作者為改善城市交通環(huán)境設計了許多方案,而大多數(shù)都為交通指

9、揮燈,本電路也正是基于前人設計的根底上進展改進的.全部有數(shù)字電路組成,比較以前的方案更為準確。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國參加，我們不但要在經(jīng)濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應與國際接軌。俗話說“要想富，先修路，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通平安。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈也應國際化。隨著社會經(jīng)濟的開展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通

10、疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成局部。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如、等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建立完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用適宜的控制方法，最大限度利用好消耗巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城

11、市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。以下就交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設計等問題來進展具體分析討論。2設計目的和要求 利用所學數(shù)字電路等知識，設計簡單交通燈控制電路。在由主干道和一支干道集合形成的十字穿插路口，為確保車輛平安、迅速地通行，在穿插路口的每一個入口處設置紅、黃、綠三色信號燈。紅燈亮制止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間?？吭谥浦咕€外，以此實現(xiàn)紅綠燈對城市交通的自動指揮。要求如下： (1) 用紅、黃、綠三色發(fā)光二極管作為信號燈，設計由一個主干道和一個支干道形成的十字路口的交通燈控制系統(tǒng)。 (2) 當主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈。而支干道允許通行亮綠燈時，主干道亮紅燈。

12、3設計方案的比較和選定設計方案一：本設計為交通燈系統(tǒng)。首先考慮設計秒脈沖發(fā)生器，常見的是使用555定時器和一些分立元件組合設計，使其產(chǎn)生1Hz的方波信號，作為后面電路的時鐘觸發(fā)信號；其次是計時器的設計，使用兩片74LS163級聯(lián)組成25進制的計數(shù)器；系統(tǒng)的主控制電路是整個系統(tǒng)的核心，控制信號燈的工作狀態(tài)，使用74LS153D數(shù)據(jù)選擇器和7474N觸發(fā)器組成主控電路；最后是譯碼輸出，選擇使用燈顯示。設計方案二：首先是秒脈沖的設計，由完全的分立元件組成，要使用變壓器，放大器，運算器等器件；計時器的設計，使用74LS163級聯(lián)組成25進制的計數(shù)器，由前級的秒脈沖信號作為觸發(fā)信號；主控制電路的設計，使

13、用分立元件和集成電路的組合實現(xiàn)。方案的比較：通過以上方案的比較，方案一更適合。4系統(tǒng)方框圖 控制系統(tǒng)主要由秒脈沖發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼器和顯示器等局部組成，如圖1所示。 定時器 支干道信號燈 主干道信號燈譯碼器控制器 秒脈沖發(fā)生器圖1 系統(tǒng)原理方框圖5 電路工作原理十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的平安通行。如圖2所示，十字路口中，主干道和支干道都設置了紅、黃、綠三色交通信號燈，紅燈停，綠燈行。十字路口的車輛運行情況有4種可能： (1)設開場時主干道通行，支干道不通行，這種情況下主干道綠燈和支干道紅燈亮，持續(xù)時間為25s； (2) 25s后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主干

14、道黃燈和支干道紅燈亮，持續(xù)時間為5s； (3) 5s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主干道紅燈和支干道綠燈亮，持續(xù)時間為25s； (4) 25s后，主干道仍不通行，支干道停車，這種情況下主干道紅燈和支干道黃燈亮，持續(xù)時間為5s。5s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復。在這兩個黃燈的5秒，越過停車線的車輛可以繼續(xù)前進。圖2 十字路口示意圖設計使用555定時器作為秒脈沖發(fā)生電路，調(diào)節(jié)的大小可以使電路輸出1Hz的脈沖信號，并以此脈沖信號輸出作為后級電路的觸發(fā)信號。因要求車道通行時間為25秒，黃燈亮5秒，所以使用兩片74LS163級聯(lián)作為電路的計時器電路，74LS163是二進制同步計數(shù)器，兩片級

15、聯(lián)可以構成25進制的計數(shù)器。當計數(shù)至5秒和25秒時選擇輸出信號，作為主控制電路的計數(shù)時間，主控制電路使用數(shù)據(jù)選擇器和觸發(fā)器根據(jù)不同的信號控制要求進展連接，控制輸出信號經(jīng)過譯碼器再接燈，顯示不同的交通信號。6 電路設計6.1 555定時器構成的秒脈沖信號發(fā)生器6.1.1 555定時器的引腳555定時器部含有一個根本觸發(fā)器，兩個電壓比較器、,一個輸出緩沖器，一個放電三極管和由三個5K的電阻組成的分配器，。比較器的參考電壓為，加在同相輸入端；的參考電壓為，加在反相輸入端，兩者均由分配器上取得。555定時器的部電路圖和引腳排列圖如下所示。圖3 555的部電路圖 圖4 555定時器引腳排列圖555定時器

16、8個引線端的用途如下：1端：接地線；2端：低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端。當2端的輸入高電壓高于時，C2輸出為1；當輸入電壓低于時，C2的輸出為0，使根本觸發(fā)器置1；3端：輸出端；4端：復位端，當=0時，根本觸發(fā)器直接置0，使=0，=1；5端：電壓控制端，如果端另加控制電壓，則可以改變，的參考電壓。工作中不使用 端時，一般都通過一個0.01uF的電容接地，以防旁路干擾；6端：放電端。當根本觸發(fā)器的=1時，放電晶體管導通，外接電容元件通過放電；7端：高電平觸發(fā)端，當輸入電壓低于時，的輸出為1；當輸入電壓高于時，的輸出為0，使根本觸發(fā)器置0，即=0，=1，這時定時器輸出=0；8端：電源端，可在4.

17、3-1.6v圍使用，假設為電路，則=3-18v。6.1.2 555定時器工作原理 接通電后，定時器經(jīng)過電阻和對電容充電，當上升略高于時，比較器的輸出為“0，將觸發(fā)器置“0，為“0。這時，1，放電管導通，電容通過和放電，下降。當下降略低于時，比較器的輸出為“0，將觸發(fā)器置“1，又由“0變?yōu)椤?。由于0，放電管截止，又經(jīng)過和對電容充電。如此重復上述過程，為連續(xù)的矩形波。第一個暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度，即從充電上升到所需的時間 (1)第二個暫穩(wěn)狀態(tài)的脈沖寬度，即從放電下降到所需的時間： (2)振蕩周期 (3)振蕩頻率 (4)6.1.3 秒脈沖信號發(fā)生器 圖5 555定時器電路 根據(jù)上述555定時器產(chǎn)生脈沖

18、信號的頻率計算公式： (5) (6)得 (7)6.2 定時器電路6.2.1 定時器的作用定時器的功能是準確定時，主要作用有二：一是根據(jù)主干道和支干道車輛運行時間以及黃燈切換時間的要求，進展25s、5s 等方式的計數(shù)；二是向控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，控制器根據(jù)狀態(tài)轉換信號進展狀態(tài)轉換。6.2.2 定時器的構成 定時器由與秒脈沖發(fā)生器發(fā)出的秒脈沖同步的計數(shù)器構成.要求計數(shù)器在狀態(tài)信號作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開場進展增1計數(shù)，向控制器提供信號。這里計數(shù)器選用74LS163。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。由于綠燈時間為25秒，所以綠

19、燈定時器應由兩塊74LS163級聯(lián)組成，定時器由秒脈沖計數(shù)器構成，計數(shù)器在狀態(tài)信號作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開場進展增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號 和模25的定時信號。 74LS163的外引線排列圖、邏輯功能表和時序波形圖如下所示。圖6中，是低電平有效的同步清零輸入端，是低電平有效的同步并行置數(shù)控制端，、是計數(shù)控制端，是進位輸出端，是并行數(shù)據(jù)輸入端，是數(shù)據(jù)輸出端。電路的工作原理如下：當電路剛開場工作時左邊的高位片=0,=0,=1，右邊的低位片=1,=1,=1，來自編碼器的控制信號=0,即 =1，在輸入時鐘脈沖上升沿的作用下，并行輸入的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器，即=0

20、000,同時右邊的低位片開場計數(shù)，當它計數(shù)到0100時，=1, =0，計數(shù)器被置0，即=0，然后低位片又從0開場計數(shù)，當?shù)臀黄嫈?shù)到=1111時，向左邊的高位片進1，當計數(shù)器計數(shù)到=00011000時，控制信號=1，=0，計數(shù)器又被置0，接著計數(shù)器又重復以上過程。 74LS163外引線排列圖 74LS163邏輯功能表輸 入輸 出0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 計數(shù) 1 1 0 保持 1 1 0 保持圖7 74LS163時序波形圖所以定時器電路如下：定時器電路6.3 控制器電路控制器的功能是按預定的時間控制著每個交通燈的亮和滅。控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信

21、號燈工作狀態(tài)的轉換。根據(jù)系統(tǒng)工作原理可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表2。選用兩個觸發(fā)器做為時序存放器產(chǎn)生4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為和，當控制器處于=0狀態(tài)時，如果=0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果=1，則控制器轉換到狀態(tài)。這兩種情況與條件無關，所以用無關項“表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉換信號。根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號，即可實現(xiàn)控制器的功能。使用74LS153D數(shù)據(jù)選擇器和7474N觸發(fā)器組成主控電路如圖9：圖9 控制電路表2控制器狀態(tài)轉換表輸入輸 出現(xiàn) 態(tài)狀態(tài)轉

22、換條件次 態(tài)次態(tài)轉換信號 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 16.4 譯碼器譯碼器輸入為二進制代碼，輸出為與輸入代碼對應的特定信息，它可以是脈沖，也可以是電平，根據(jù)需要而定。譯碼器的主要任務是將控制器輸出的四種工作狀態(tài)，翻譯成主、支車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。表3 狀態(tài)表控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)00主綠，支紅主車道通行，支車道制止通行01主黃，支紅 主車道緩行，支車道制止通行11主紅，支綠主車道制止通行，支車道通行10主紅，支黃主車道制止

23、通行，支車道緩行交通燈控制器的控制過程分為四個階段，對應的輸出有四種狀態(tài)，分別用、表示。狀態(tài)：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。此時主干道允許車輛通行，支干道制止車輛通行。當主干道綠燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。狀態(tài)：主干道黃燈亮，主干道紅燈亮。此時主干道允許超過停車線的車輛繼續(xù)通行，而未超過停車線的車輛制止通行，支干道制止車輛通行。當主干道黃燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。狀態(tài)：主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時主干道制止車輛通行，支干道允許車輛通行，當支干道綠燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。狀態(tài)：支干道紅

24、燈亮，支干道黃燈亮。此時主干道制止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛制止通行。當支干道紅燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)狀態(tài)。 因此，用定時器產(chǎn)生時間間隔后，向控制器發(fā)出“時間已到的信號，控制器根據(jù)定時器的信號，決定是否進展狀態(tài)轉換。如果肯定，則控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，定時器開場清零，準備重新計時。圖 譯碼電路7系統(tǒng)總電路圖圖 系統(tǒng)總電路圖8 總結該設計電路根本能滿足交通信號燈控制器的設計要求，通過控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉換，指揮各種車輛和行人平安通行，能夠?qū)崿F(xiàn)交通十字路口管理的自動化控制。該電路設計相對來說比較簡單，實

25、用。但設計中存在很多的缺乏之處，比方說該秒脈沖發(fā)生器的時間精度不夠準確，假設采用單片機中的計時器來控制的話就會相當準確；另外該電路不能顯示倒計時的時間，如果采用74LS192替換74LS163就可實現(xiàn)減法計數(shù)，然后再接上CT74LS138譯碼芯片和數(shù)碼管就可顯示倒計時的時間，但后來發(fā)現(xiàn)在對74LS192的定時控制方面有錯誤，由于知識有限，也一直找不到突破口，因此放棄了該方案。 交通信號燈在我們的生活中隨處可見，其規(guī)則都為我們所熟悉，因此這次的設計相對來說比較容易理解，比較簡單，但是，通過對交通信號燈控制器的設計，我學到了很多的知識，一方面，我掌握了常用元件的識別和測試方法；熟悉了常用的儀器儀表

26、；以及如何提高電路的性能等等。另一方面，我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也穩(wěn)固了以前知道的知識。通過此次交通控制信號燈的分析和設計，我深深感到學好數(shù)字邏輯電路的重要性。這一次設計對我來說，感觸最深的就是要想做好一個設計課題首先要對每一局部所涉及的知識點掌握好，只有這樣才能對設計做的得心應手。 在整個設計的過程中我學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別