智能交通灯控制器的设计报告.docx

智能交通灯控制器的设计报告.docx

《智能交通灯控制器的设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能交通灯控制器的设计报告.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

智能交通灯控制器的设计报告

2012年电子技术课程设计说明书

题目：

7智能交通灯控制器的设计（A）

学生姓名：

张鲜艳

学号：

0407

院（系）：

电气与信息工程学院

专业：

自动化

指导教师：

辛登科

2012年12月4日

1：

选题背景

在很多城市的主支干道处，传统的交通信号灯已不能满足要求，设计一个智能交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。

红灯亮禁止通行，绿灯亮就允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外），若检测装置检测到支干道一定范围内没有车辆，则主干道一只允许通行，否则主支干道红绿灯交替运行。

简述本设计的指导思想

秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。

减法计数器的借位脉冲使状态控制器完成状态转换用以控制红绿灯的状态，同时给计数器置初始值。

:

方案论证

方案一：

用NE555定时器设计一个周期为1s的多谐振荡器，输出接到16进制计数器的CLK，0-8状态对应45秒，9状态对应5秒，A-E状态对应25秒，F状态对应5秒。

方案二：

用NE555定时器设计一个周期为1s的多谐振荡器，并用单时钟同步十进制加\减计数器74LS190设计45s、25s、5s倒计时。

因为主支干道灯亮的情况有4种，可以用同步十进制加法计数器74LS160的输出来设计，同时将其输出信号给3线-8线译码器74LS138的输入端，主支干道的灯通过一定的逻辑关系接到三色灯上。

选择方案：

方案一用16进制计数器的输出端控制信号灯的状态转换，虽然这种方案简单可靠，可是这种方案不能直观显示当前数字；虽然方案二电路复杂，连线多，给焊接和电路检查带来一定的难度，但其可以很准确的现实数字。

所以选择方案二。

1．3基本设计任务

（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。

（2）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。

可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。

（3）主支干道交替允许通行。

主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。

（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。

（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。

1．4发挥设计任务

（1）可以用红外线传感器检测在主干道绿灯倒计时为1s时支干道上是否有车来

（2）在三色灯的地方用LED显示一些祝福语或警示语。

1．5电路特点

交通信号控制系统用中小规模集成电路设计，接线较为复杂

2电路设计

总体方框图

主干道

支干道

状态译码器74LS138

秒脉冲发生器NE555

状态控制器74LS160

译码，显示CD4511

减法计数器74LS190

置数控制

图2-1总体方框图

工作原理

将NE555S输出的秒脉冲直接接到个位10进制计数器的CLK，用两片10进制计数器级联后就接到状态控制器，控制器产生的信号经简单的门电路来控制红绿灯的状态，当状态需要跳转时减法计数器产生的借位脉冲触发状态控制器以改变输出状态，同时借位脉冲信号接到计数器的置数端，进入下一个状态，依次循环，若支干道没有车辆通行时直接将计数器输出清零即可，有车时清零信号无效。

3各主要电路及部件工作原理

555单稳态触发电路

图3-1NE555单稳态触发电路

如图所示，由555定时器和外接元件R1，R2，C构成多谐振荡器。

电容C在（1/3）Ucc和（2/3）Ucc之间充电和放电，波形如下图：

输出信号的时间参数是：

T=Tw1+Tw2，

Tw1=（R1+R2）Cln2,

Tw2=R2Cln2

振荡频率：

f=1/T

占空比：

q=Tw1/（Tw1Tw2）=（R1+R2/R1+2*R2）

本次使用的是1HZ的秒脉冲，故选取R1=72KΩ，

R2=Ω，选取电容分别为10μF电解电容和10nF陶瓷电容。

周期：

T=[1000*（72+2*）*10*]/10uf≈1s

74LS08、74LS32、74LS04简要说明

74LS08双输入四与门，管脚图如附图：

真值表：

74LS32双输入四或门，管脚图如附图

74ls32真值表

A    B    0

0    0    0

0    1    1

1    0    1

1    1    1

74LS04非门，管脚图如附图

真值表：

CD4511简要说明

该设计中选用的是七段数码管如图3-2所示，为共阴极的，用CD4511译码驱动器进行驱动，当电路正常工作时，数码管上会按照设计要求显示路灯持续工作的时间与工作的次数。

3-2半导体数码管

计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需的控制信号。

本电路中译码驱动器采用CD4511。

CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：

具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。

CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

其功能介绍如下：

2Z9r（H4u%]   BI：

4脚是消隐输入控制端，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（消隐）状态，不显示数字。

.~&R/A3y!

~    LT：

3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

 LE：

锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

:

s7M#B8e$`$B   a、b、c、d、e、f、g：

为译码输出端，输出为高电平1有效。

  CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。

各引脚的名称：

其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。

左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。

CD4511引脚图如下：

CD4511功能图如下：

输入

输出

LE

BI

LI

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

X

X

0

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

X

0

1

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

6

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

9

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

X

X

X

X

锁存

锁存

474HC190简要说明

图3-274HC190各引脚

图3-374HC190功能

5元器件清单

所需器材

器件名称（N为民用）

备注

数量

数码管

七段共阴极数码管

2

74LS160N

同步十进制可逆计数器

2

CD4511

译码器

2

74LS90

单时钟同步十进制加\减计数器

1

74LS138

3线-8线译码器

1

74LS04N

非门

1

74LS08N

双输入与门

2

74LS32

双输入或门

NE555

八脚时基集成电路

1

电阻

50KΩ

1

KΩ

1

22kΩ

1

430Ω

6

220Ω

15

电容

103（10nF陶瓷电容）

1

10μF（电解电容）

1

开关

单刀双掷

1

LED发光二级管

黄、绿、红

6

铜座

4

其他

铜柱，导线

若干

表格5-1（在表上面，5号字体）

（表）居中字体5号

6调试过程及测试数据（或者仿真结果）

为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。

通电前检查

电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。

通电检查

6.2.1按钮开关的检查

首先将按钮开关和其他电路模块断开，只留按钮开关部分。

其次，电路两端接5伏直流电压。

理论上对于……

6.2.2CD45111模块的调试

将CD4511模块与按钮开关之间的电路连接起来，……….

6.2.3NE555单元电路的调试

断开其他单元，将3脚接到示波器的一端，示波器另一端接地，看输出的波形及周期。

74LS04非门的调试

74LS32非门的调试

6.2.7发光二极管的调试

未接电源时，万用表打到电阻档上，红表笔接发光二极管的一端，黑表笔接另一端，看其阻值，值为无穷大即“1”说明发光二极管的正负接反了，有有限的阻值说明红表笔对应的为发光二极管的正极。

结果分析

当按钮在主干道的绿灯亮到1S时按下，交通灯的指示不变，在下一次主干道的绿灯亮到1S时不按下按钮，支干道绿灯亮，实物效果正确。

7小结：

课设顺利结束，基本设计任务可以完成，但还是有一点小问题需要改进，在这个过程中自己收获颇多，谢谢老师、同学的帮忙。

8设计体会及今后的改进意见

体会

这次的课程设计我学到了很多，无论学习、交际、生活都受益匪浅。

首先是学习方面：

大二时学的数电，那时候感觉自己掌握的还不错，各芯片的引脚功能及如何与其他芯片配合使用从而达到一定的效果，纸上谈兵终觉浅啊，在课设设计电路时，开始自认为脑子里思路很清晰，交通灯的功能可以实现，殊不知自己差的好远，一个人的力量很微小，想法也是有限的，思路不开阔，发现互相交流才是学习、进步之根本。

在调试的时候遇到很多问题，比如74LS138在仿真是3脚可以不接地，但是在实物中如果3脚不接地发光二极管就没有变化；74LS190的俩11脚要接到74LS160的2脚，这样计数器才会正常工作……最重要的是我养成了一种习惯：

遇事不慌，发现问题所在处，用所学知识思考什么样的错误会发生这样的效果，找出问题进一步解决问题。

其次是交际方面：

自己是个易害羞的女生，不善于与人交流，喜欢独处，经课设后，自己进步不少，同专业同学认识了很多，而且和他们相处的不错，其实好多东西都是从他们那里学习来的，很感谢老师和同学的帮助。

最后在说说生活：

在做课设期间自己过的很充实，虽然几乎每天都是没有时间晚饭、11点离开实验室，还要抓紧时间学习专业基础知识的课程，但心里很踏实，给自己一份信心，对自己说一句“加油，坚持！

”成功会给你一个大大的拥抱。

谢谢老师、同学，还有自己。

本方案特点及存在的问题

开始计数时，数字之间变化不到1S，如45S到44S时间不够。

改进意见

加一个控制开关，在上电不计数，只此开关按下才开始计数；可以加一些按键自由调整主支的通行时间。