交通灯毕业论文数字电路基于中规模集成电路的交通指挥灯系统设计Word格式文档下载.docx

1、Key words: traffic lights； traffic control； digital circuit1引言 国内外交通灯指挥系统的进展（与文章关系不大，简写）今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手腕。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦要紧街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最先的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最先的煤气红绿灯。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2

2、日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带操纵的红绿灯和红外线红绿灯。带操纵的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变成绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机缘红灯时按一下喇叭，就使红灯变成绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力灵敏的路面时，它就能够察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时刻，推迟汽车放行，以避免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，

3、减少交通事故有明显成效。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆能够直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时能够进入交叉路口。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方式难以解决的问题。道路拥堵现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直维持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的

4、提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中治理引入单片机交通灯操纵代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通治理的服务质量。并在必然程度上尽可能的降低由道路拥堵造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。 中国车辆数量不断增加，交通操纵在未来的交通治理中起着越来越重要的作用。智能交通灯的治理比重修一条马路无论在经济、交通运行速度上都有专门好的效益、加倍节约资源。使交管人员有更多的精力投入到治理整个城市交通操纵，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。数字电子技术和中规模集成电路的的进展（你说的是数字电子技术和中规模集成电

5、路的的进展吗？仿佛仍是交通问题吧？）这部份仍是简写随着社会经济的进展，人口和汽车急剧增加，城市交通问题愈来愈引发人们的关注。专门是许多大城市显现了交通超负荷运行的状况，因此自80年代后期，各大城市纷纷修建城市高速公路，在高速路建设完成的初期，他们也曾有效地改善过交通状况。但是，随着交通量的快速增加和缺乏对高速道路的系统研究和操纵。高速道路没有发挥出预期的作用。而城市道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与一般道路耦合处交通状况的制约。因此，如何采纳适合的操纵方式，最大限度利用好花费巨资修建的城市道路，减缓骨干道与匝道、城区周边地域的交通拥堵状况，愈来愈成为交通运输治理

6、和城市计划部门亟待解决的要紧问题。交通灯作为指挥工具，对维持路面状况的稳固，保证车辆及行人的畅通起到了专门大的作用。尽管如此，交通问题仍然存在，如何妥帖解决交通问题，寻求人、车、路三者和谐已成为交通治理部门急需解决的重要问题之一。另一方面，自20世纪90年代，随着微电子技术和集成电路的进展，数字电路和数字科技取得飞速进展，在 电子运算机、通信、自动操纵、电子测量、雷达、导航、工业交通等发面取得普遍的应用。随着运算机通信网、各类数据网、电子商务网、金融网络、数字语言和图像网络的开通，数字技术已渗透到国民经济的各个领域和人民生活的方方面面。数字化已成为衡量一个国家的经济进展水平和人民生活水平的一个

7、重要标志。值得一提的是，西安市正处在全面向国际化多数市进展的攻坚时期，城市交通的运作状况也将成为一项重要的考验。由此可见，交通等的普遍和有效性。交通灯的是基于制造，切近咱们的日常生活，如此易于咱们同意，同时运用数字电路的知识与现代社会科技相接轨，一箭双雕。2 系统概述（设计要求）系统概述系统由秒脉冲信号发生器、按时器、操纵器、译码显示器、信号灯显示器五大部份组成。其中，秒脉冲信号发生器用于给各个组成部份提供脉冲信号，通过按时器向操纵器发出三种按时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在操纵器的操纵下，改变交通灯信号，产生倒计不时刻显示，操纵器依照按时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示

8、发生相应转变。交通灯逻辑分析图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，绿灯表示许诺车辆通行，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1交通灯操纵系统原理框图整体设计方案图1为交通灯的一个整体设计框图。系统要紧由秒脉冲信号发生器、按时器、操纵器、译码器、信号灯显示器组成。其中操纵器是核心部份，由它操纵按时器和译码器的工作，秒脉冲信号发生器产生按时器和操纵器所需的标准时钟信号，译码器输出两路信号灯的操纵信号。图中TL、TY为按时器的输出信号，ST为操纵器的输出信号。TL ：表示A车

9、道或B车道绿灯亮的时刻距离为25秒，即车辆正常通行的时刻距离。定不时刻到，TL=1，不然TL=0。TY ：表示黄灯亮的时刻距离为5秒。定不时刻到，TY=1，不然，TY=0。ST ：表示按时器到了规定的时刻后，由操纵器发出状态转换信号，由它操纵按时器开始下一个工作状态的按时。因此，用按时器别离产生两个时刻距离后，向操纵器发出“时刻已到”的信号，操纵器依照按时器的信号，决定是不是进行状态转换。若是确信，则操纵器发出状态转换信号ST，按时器开始清零，预备从头计时。交通灯操纵器的操纵进程分为四个时期，对应的输出有四种状态，别离用S0、S1、S2、S3表示。S0状态：A车道绿灯亮，B车道红灯亮，现在A车

10、道许诺车辆通行，B车道禁止车辆通行。当A车道绿灯亮够规定的时刻后，操纵器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S1状态：A车道黄灯亮，B车道红灯亮，现在A车道许诺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，B车道禁止车辆通行。当A车道黄灯亮够规按时刻后，操纵器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S3状态：A车道红灯亮，B车道绿灯亮。现在A车道禁止车辆通行，B车道许诺车辆通行，当B车道绿灯亮够规按时刻后，操纵器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。S2状态：A车道红灯亮，B车道黄灯亮。现在A车道禁止车辆通行，B车道许诺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B车道红灯

11、亮够规定的时刻后，操纵器发出状态转换信号，系统进入下一个状态-S0状态。S0、S1、S2、S3状态别离分派状态编码为00、0一、10、11，由此取得操纵器的状态，如表1所示。控制器状态信号状态车道运行状态S0 （00）A绿灯，B红灯A车道通行，B车道禁止通行S1（01）A黄灯，B红灯A车道过线车通行，未过线车禁止通行B车道禁止通行S3（11）A红灯，B绿灯A车道禁止通行，B车道通行S2（10）A红灯，B黄灯A车道禁止通行，B车道过线车通行，为过线车禁止通行表13单元电路设计与分析秒脉冲信号发生器的设计：它是整个电路的动力输入，本实验中我采纳NE555按时器，设计如下：图2 555按时器电路图5

12、55按时器的工作原理如下：555按时器由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C二、大体RS触发器、放电三极管TD缓和冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于）可使555按时器直接复位；5脚为电压操纵端，在此端外加电压能够改变比较器的参考电压，不历时，经的电容接地，以避免引入干扰；7脚为放电端，555按时器输出低电平常，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达2

13、00mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内利用。555按时器工作时进程分析如下： 5脚经电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，大体RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，按时器输出低电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，大体RS触发器维持原状态不变，555按时器输出状态维持不来。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器

14、C2输出低电平，大体RS触发器两头都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，按时器输出高电平。当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，大体RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，按时器输出高电平。图3 555按时器引脚排列图按时器的设计： 按时器与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供与同步的计数器组成，要求计数器在状态信号ST作用下，第一清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向操纵器提供模5的按时信号TY和模25的按时信号TL。 计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数

15、器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图5所示，其功能表如表2所示。由两片74LS163级联组成的按时器电路如图6所示。图4 74LS163的外引线排列和时序图输入输出CPCRLDPTD3D2 D1 D0 Q3Q2Q1Q0x1dcba保持保持（C=0）计数 表2 74LS163的功能表 图5 按时器电路图操纵器的设计：3.3.1 操纵器的设计依照图7中的状态转换图，操纵器有4个状态，因此可由两个触发器组成，本设计当选用两个D触发器产生4个状态。操纵器的输入为触发器的现态和TL和TY，操纵器的输出为触发器的次态和操纵器的状态转换信号ST，由此取得表3所示的

16、状态转换表。ST的值呢？图6 操纵器状态转换图现态状态转换条件次态状态转换信号Q1n Q0nTL TYQ1n+1Q0n+1ST0 00 X1 X0 1X 0X 11 11 0 表3 操纵器状态转换表 依照表3能够推出状态方程和转换信号方程，其方式是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可取得下面的方程：以上3个逻辑函数可用多种方式实现，本设计当选用四选一的数据选择器74LS153来实现，这种实现方式比较简单。触发器采纳双D触发器74LS74。设计中将触发器的输出看做逻辑变量，将TL、TY看做输入信号

17、，依照由数据选择器实现逻辑函数的方式实现以上3个逻辑函数，由此取得操纵器的原理图，如图7所示。图中R和C组成上电复位电路，保证触发器的初始状态为0，触发器的时钟输入端输入1Hz的秒脉冲。 图7 操纵器电路图 3.3.274LS153的工作原理及工作进程数据选择器又称多路选择器、多路开关。它是一个多输入、单输出电路。数据选择器在地址码（或叫选择操纵）电平的操纵下，从几个数据输入当选择一个，并将其送到输出端。常见的数据选择器有2选一、4选一、8选1和16选1等数据选择器。表4是74LS153集成块中一个4选1数据选择器的逻辑功能表，图8为其引线排列图，其中C0到C3为数据输入端，Y为输出端，A、B

18、称为地址输入端。A、B的状态起着从4路输入数据当选择哪1路输出的作用。为使能端，低电平有效，=0时，数据选择器工作；=1时，电路被禁止，输出0，输出状态与输入数据无关。注意A、B地址在集成块中由2个4选1共用，高位为B，低位为A，BA=01时，Y=C1，BA=10时，Y=C2。由表4可写出逻辑表达式：图8 74LS153的引线排列图选择输入数据输入选通输入BAC3C2C1C0EYX注：选择输入A和B对两部分是公共的，1=高电平，0=低电平，X=不确定表4 74LS153的功能表 译码器的设计译码器的作用是将操纵器输出Q1、Q0 组成的4种状态转换成为A、B车道上6个信号灯的操纵信号。概念：A车

19、道绿灯亮为AG=1，A车道绿灯灭为AG=0;A车道黄灯亮为AY=1，A车道黄灯灭为AY=0；B车道绿灯亮为BG=1，B车道绿灯灭为BG=0；B车道黄灯亮为BY=1，B车道黄灯灭为BY=0；B车道红灯亮为BR=1，B车道红灯灭为BR=0。则有表5所示的译码器输入和输出之间的对应关系。状态 （Q1 Q0）AGAYARBGBYBR 表5 译码器输入和输出之间的对应关系 由表5能够写出AG、AY、BG、BY、BR与Q1和Q0之间的逻辑关系：， 由此能够设计出译码电路，译码电路的输入信号为、，也确实是图7中操纵器电路的输出，译码电路的输出AG、AY、AR、BG、BY、BR确实是六个灯的操纵信号。电路图如

20、图9所示：（下图能够更简单，用译码器直接实现）图9 信号灯译码电路 显示电路的设计显示译码器的设计第一要考虑到实现的字型。本设计采纳阳极七段数码管，图10为七段显示译码器的引线排列图。图10 七段显示译码器引线排列图（自己画图更好）其功能如下：BI：当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭状态，不显示数字。LT：当BI=1，LT=0时，不管输入DCBA如何，七段均发亮，显示“8”。它要紧用来检测数码管是不是损坏。RBI：当BI=LT=1,RBI=0时，输入DCBA为0000各段均熄灭，不显示“0”。而DCBA为其它各类组合时正常显示。它要紧用来熄灭无效的前零和后零。RBO:当

21、本位的“0”熄灭时，RBO=0,在多位显示系统中，它与下一名的RBI相连，通知下一名若是是零也可熄灭。如图11本设计采纳两片74LS47来实现数字的显示。图11 显示电路原理图4实验结果及分析该部份附实验电路照片实验结果成功否？与设计要求是不是一致？总结讨论本论文是基于中规模集成电路的交通指挥灯系统的设计，在设计的进程中由于对一些细节的忽略和对一些概念的生疏，使得在设计进程中显现过数码管没有按要求显示数字的情形，显现过烧损指挥灯的情形，也显现过数码管显示和指挥灯不统一等诸多情形。但最终，在老师的悉心指导和自己的不懈尽力下，终于圆满达到设计的要求，也顺利地完成了论文的撰写工作。终止语 通过了两个

22、月的学习和尽力，在成桢老师的悉心指导和严格要求下，我终于完成了基于中规模集成电路的交通灯指挥系统设计的论文。从课题选择、方案论证到具体写作设计，每一步对我来讲无疑是庞大的尝试和挑战，也成绩了我在大学期间独立完成的最大的项目。记得刚接到那个课题时，由于数电知识搁了好久，对很多知识已经生疏，感觉做那个课题将会很困难，但我最终仍是带着疑问去图书馆、电子阅览室查阅诸多资料，温习有关时序电路、逻辑电路的相关知识，总结整理出论文及实验需要的材料及相关知识。然后进行实验及论文的撰写，但在实际操作中仍是显现很多困难，由于连线的复杂，常常显现交通灯不正常工作的情形。在成老师的指导下，我对电路连线一步步进行修改排

23、查，最后终于做出交通灯指挥系统模型。在整个查阅资料和实验的进程当中，我对时序电路、逻辑电路及很多芯片的及实际实验操作等方面的知识有了专门大的提高。在我眼里，交通灯的进展将会加倍精细，加倍系统化、规模化。相信，在不久的以后，随着数字电路及交通网络化的蓬勃进展，更为先进的交通灯指挥系统会应运而生。届时，咱们城市的交通难题将会迎刃而解。参考文献1江晓安、董秀峰.数字电子技术J.第三版，西安.西安电子科技大学出版社， 2孔庆生、余承芳.模拟电子数字电路基础实验J.第一版，上海.复旦大学出版社，3徐国华.模拟及数字电子技术实验教程J.第一版，北京.北京航空航天大学出版社，4江晓安、董秀峰.模拟电子技术J.第三版，西安，西安电子科技大学出版社，5劳五一、劳佳.模拟电子电路分析、设计与仿真J.北京.清华大学出版社，6沈小丰.电子技术实践基础J.北京.清华大学出版社，7尹雪飞、陈克安.集成电路速查大全J.西安.西安电子科技大学出版社.19978阎石.数字电子技术基础J.北京.高等教育出版社，20029蓝鸿翔.电子线路基础