交通灯控制器设计内容Word文档格式.docx
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（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；
（2）确定元器件及元件参数；
（3）进行电路模拟仿真；
（4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出。
3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。
4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1引言1
2总体设计方案1
2.1设计思路1
2.2总体设计框图1
3设计原理分析2
3.1秒脉冲发生器2
3.2定时器2
3.3控制器4
3.4译码器5
3.5显示器6
3.6紧急控制7
4调试与仿真7
5总结与体会8
参考文献8
附录1：
交通灯控制设计仿真图9
附录2：
交通灯紧急红灯控制图10
附录3：
交通灯控制设计原理图11
交通灯控制器设计
摘要：
交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。
本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路组成。
秒脉冲发生器由NE555产生脉冲，定时器由74LS160实现，控制器由74LS153和74LS74组成，译码电路采用74LS13974LS47和七段数码管来显示。
控制器通过ST信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。
关键字：
交通灯秒脉冲发生器定时器控制器译码器
1引言
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。
同时也随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况。
所以，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。
2总体设计方案
2.1设计思路
（1）设计秒脉冲发生器
（2）设计交通灯定时电路
（3）设计交通灯控制电路
（4）设计交通灯译码电路
（5）设计交通灯显示时间电路
（6）设计交通灯紧急控制设置
2.2总体设计框图
交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
图1-1交通灯控制系统的原理框图
3设计原理分析
3.1秒脉冲发生器
脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为：
f=1.43/（R1+2R2）C
电路图如下图1-2所示：
图1-2秒脉冲发生器原理图
3.2定时器
定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，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，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。
74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。
74LS160功能表如表1所示。
表1：
74LS160功能表
CLK
RD’
LD’
EPET
工作状态
X
↑
1
XX
01
X0
11
置零
预置数
保持
保持（C=0）
计数
表中RD’是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制端，EP、ET是计图1-3交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。
设计如图1-3所示：
图1-3交通灯定时器
其工作原理为：
由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。
如图所示：
输入端3.4.5.6分别接地.。
U1的7和10由U2的11、14经过与门相与后相连。
.即：
只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲。
当U13C74LS04的ST信号分别送给U1和U2的LOAD。
就可以得到TY和TY非是秒脉冲的5倍；
TL和TL非的结果是秒脉冲的25倍。
3.3控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
列出控制器的状态转换表，如下表所示。
选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；
如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。
这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"
X"
表示。
其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。
控制器状态转换表如表2所示：
表2：
控制器状态转换表
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
Q1^nQ0^n
TlTy
Q1^n+1Q0^n+1
ST
00
01
11
10
10
0x
1x
x0
x1
x1
11
根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：
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，即可得到下面的方程：
Q1^n+1=Q1^n`Q0^nTy+Q1^nQ0^n+Q1^nQ0^n`Ty`
Q0^n+1=Q1^n`Q0^n`Tl+Q1^n`Q0^n+Q1^nQ0^nTl`
ST=Q1^n`Q0^n`Tl+Q1^n`Q^nTy+Q1^nQ0^n`Ty
根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。
控制器原理图如下图1-4所示。
图中R、C构成上电复位电路。
由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。
触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。
图1-4交通灯控制器
其原理为：
CLK分别送给U6A和U6B的3和11的清零端。
将TY接入U4的5和U5的4和5；
TY非接入U4的4。
如上图所示：
74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。
选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。
3.4译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3控制器状态编码与信号灯关系表
状态
AGAYAR
BGBYBR
00
1
0
0
01
0
1
10
11
0
1
由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CP脉冲，一部分送给了定时器的74LS163芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片。
在脉冲ST同时加到定时器74LS163芯片的情况下，通过芯片74LS00将会输出TY。
T/Y/；
TL。
T/L/。
译码器图示如图1-5所示：
图1-5译码器图示
3.5显示器
显示部分由74LS47和共阴极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。
即交通灯需要显示的时间。
由74LS47和数码管组成的电路设计如下图1-6所示：
图1-674LS47和数码管组成的电路
3.6紧急控制
当出现紧急情况时，拉下开关使除了红灯有电流通过，其他的灯都没电流通过，并且各灯之间互不影响（利用二极管达到要求），可实现东南西北四个方向全部亮红灯，实现紧急通行。
当紧急情况结束之后，将开关扳回，交通灯依旧能够正常工作。
开关如图1-7所示
图1-7开关控制器
4调试与仿真
（1）组装调试秒脉冲电路。
见图1-2。
（2）进行定时电路的组装和调试。
当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到25时，能输电有效的定时时间到信号。
（3）调试交通灯控制器以及显示部分。
见附录1所示。
（4）判断各部分电路之间的时序配合关系。
然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
最终调试如下：
接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；
乙车道方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。
时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到25到0时，甲道的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。
从增至5秒又到0后时甲车道的黄灯转换为红灯；
乙车道的红灯转换为绿灯。
如此循环下去。
仿真结果见附录1和附录2。
5总结与体会
在这次实习过程中，我认识555定时器、74LS160、74LS153等一系列芯片的构造、功能和使用。
懂得交通灯的操作原理运行方式，加深了我元件的操作和使用。
我明白了设计电子电路的一般过程，既是设计、仿真、组装、调试的过程，我们需要运用我们所学的电子技术方面的知识，通过查阅相关的资料，才能完成设计任务的过程。
通过这次实习，我学到了许多，我对课本上的知识我更加充分的了解，我在电子电路设计反面有了更深的认识，学到的知识只有用到实践中才能体现出知识的价值，才能体现出知识的重要性，也只有这样，我们才能很好的发挥我们的能力。
在这次实习中，学到了很多东西也认识了很多自身的不足。
在以后的学习中，我应当好好学习专业知识，哪怕是不知道用在什么地方，将来也许就用上了，我还应当注重培养自己的动手能力，培养自己自我学习的能力，为将来如果从事电子设计方面的工作打下坚实的基础。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）（第五版）[M]北京：
高等教育出版社,2006.1
[2]何希才.常用集成电路简明速查手册[M]北京：
国防工业出版社，2006.8
[3]刘福太.电子电路［M］北京：
科学出版社,2007.10
[4]金唯香等编.电子测试技术.长沙：
湖南大学出版社，2004年
[5]阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2001年
交通灯控制设计仿真图
图1：
交通灯25秒绿灯控制
图2：
交通灯5秒黄灯控制
交通灯紧急红灯控制图
交通灯控制设计原理图
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