交通信号灯自动控制电路设计文档.docx
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交通信号灯自动控制电路设计文档
题目交通信号灯自动控制电路设计
班级08环境工程
（1）班
学号200810220112
姓名廖勇
指导鲁老师
时间_____2010年6月18日_
景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名_廖勇__班级_08环工
（1）班___指导老师鲁老师
设计课题：
交通信号灯自动控制电路设计
设计任务与要求
设计要求：
1、设计交通信号灯自动控制电路。
要求东西方向以及南北方向两条交叉道路上的车辆能够交替通行，东西方向和南北方向上的通行时间都是20s，即绿灯亮灯时间为20s。
2、交通灯工作在白天时，要求每次绿灯变为红灯的时候都有4s的黄灯亮，作为过渡。
交通灯自动控制电路按照下面的模式进行循环运行。
3、交通灯工作在夜间时，要求东西方向以及南北方向的黄灯每秒钟都闪烁一次。
4、交通灯的选择，我们分别用红黄绿发光二极管作为信号灯，来进行模拟试验。
5、设计驱动以及模拟显示电路。
6、设计直流稳压电源电路，要求将220V的交流电设计成为5V的直流稳压电源。
7、设计脉冲电路，用分频器将1秒脉冲进行分频。
8、根据白天，夜间不同工作模式，将电路设计成为一个能够变换白天，夜间两种工作状态的电路。
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
设计说明书字数不得少于3000字。
参考文献
[1]童诗白华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社
[2]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社
[3]罗杰谢自美《电子线路》电子工业出版社
[4]刘修文《实用电子电路设计制作300例》中国电力出版社
1、总体方案与原理说明.................................1
2、时序电路和组合逻辑电路...................2
3、秒脉冲振荡器.......................................9
4、模拟显示及驱动电路........................................10
5、直流稳压电源...........................11
6、总体电路原理相关说明..................................12
7、总体电路原理图......................................13
8、元件清单；..........................................14
9、参考文献........................................15
10、设计心得体会....................................................16
1、
总体方案与原理说明
随着社会的进步，工业进程的不断加深，汽车作为最方便的交通工具已经进入了万千普通家庭，在他带来方便的同时也产生了许多问题，尤其是它造成的城市交通堵塞问题很严重。
为了有效地指挥城市交通，减少交通事故的发生，利用数字逻辑电路设计的红绿灯可以有效地指挥城市交通，减少交通事故的发生。
采用数字电路队交通灯控制电路，提出使用交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口用两组红黄绿交通灯的状态转换方法，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，本次课程设计能用来完成交通信号灯的自动化控制电路。
1.十字路口交通拥挤，车辆多，有南北东西两条道路回合，在每个入口处设置红黄绿信号灯。
2.白天的时候由于车辆较多，东西方向道路亮绿灯或黄灯时，南北方向的亮红灯;南北方向的亮绿灯或黄灯时，东西方向亮红灯。
3.东西和南北方向两条道路上的车辆行人交替允许通过，东西南北方向亮绿灯的时间都是20s，绿灯变红灯时中间有一段过渡过程是黄灯亮4s钟，而且每秒闪一次。
4.在夜晚，由于车辆行人较少，东西南北方向的交通灯只有黄灯亮，红灯和绿灯都熄灭。
而且黄灯每秒钟闪一次。
整体电路结构框架图
2、时序电路和组合逻辑电路
白天的工作方式:
寄存器类型：
环形计数器。
拟采用74LS164串行输入——并行输出移位寄存器。
十二进制环形计数器电路图：
74LS164的引脚图：
功能介绍：
引出端符号
CLOCK时钟输入端
CLEAR同步清除输入端（低电平有效）
A,B串行数据输入端
QA—QH输出端
74LS164的典型参数：
74Ls164的功能表：
十二进制扭环型计数器真值表：
根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式：
南北方向绿：
黄：
红：
东西方向绿：
黄：
红：
若考虑白天和夜间的情况则表达式可写成：
南北方向绿：
黄：
红：
东西方向绿：
黄：
红：
信号灯东西方向的相同，也就是闪烁的颜色一样，南北方向点亮的颜色一样，最初的表达式是NSG,NSY,NSR,EWG,EWY,EWR,是通过真值表中每一列为1的一行对应的QAQBQCQDQEQF的高低电平状态写出的，这样的式子太复杂，实际电路图若直接由最初表达式画出太复杂，所用元件过多，也不便于调试，要实现简单经济方便的要求，就需要进行化简，这里采用卡诺图的方式进行化简，具体卡诺图如下：
QDQEQF
QAQBQC
000
001
011
010
110
111
101
100
000
1
0
0
X
X
X
X
X
001
X
X
X
X
X
X
X
X
011
X
X
X
X
X
X
X
X
010
X
X
X
X
X
X
X
X
100
1
X
X
X
X
X
X
X
111
1
X
X
X
X
X
X
1
101
X
X
X
X
X
X
X
X
100
1
X
X
X
X
X
X
X
上图是NSG的卡诺图的化简方式，其他的也用类似的方法。
主控电路通过最简单的与门，或门，非门来实现组合逻辑电路的控制。
组合逻辑电路的不同状态可以控制信号灯不同时段的状态。
本设计除了采用74LS1647集成芯片，还要用到以下集成芯片：
集成芯片74LS08（两片）——四个两输入与门
集成芯片74LS32（一片）——四个两输入或门
集成芯片74LS11（一片）——三个三输入与门
集成芯片74LS07（一片）——六个一输入非门
各介绍芯片
（a）逻辑表达式：
：
Y=AB
引脚图
功能表：
典型参数：
型号
Tpd
PO/G
F（max）
输入低电平电流
74LS08
12ns
4025mv
45Hz
8mA
型号
输出高电平电流
最大低电平输入电压
最小低电平输入电压
输入电流
74LS08
400mA
0.8V
2.0V
-0.3---5（mA）
74LS11逻辑表达式：
Y=ABC
引脚图：
（a）能表：
（b）典型参数：
型号
Tpd
PO/CP
F（max）
输入电压极限
输入电流极限
74LS11
12ns
4025mV
45MHz
0.5---5.5
-0.3---5
集成芯片74ls32
逻辑表达式：
Y=A+B
引脚图：
（a）功能表：
（b）典型参数：
型号
Tpd
PO/CP
F（max）
输入低电平电流
输入高电平电流
74LS32
12ns
5MW
45MHz
8mA
400mA
集成芯片74ls04
逻辑表达式:
引脚图：
（a）功能表：
输入
输出
A
Y
L
H
H
L
（b）典型参数：
型号
Tpd
PO/CP
F（max）
输入低电平电流
输入高电平电流
74LS04
9.5ns
2MW
45MHz
8mA
400mA
集成芯片74ls74
引脚图：
（a）功能表：
输入
输出
SD
RD
CP
D
Q
Q
L
H
X
X
H
L
H
L
X
X
L
H
L
L
X
X
X
X
H
H
↑
H
H
L
H
H
↑
L
L
H
H
H
L
X
QO
QO
（b）典型参数：
型号
F（max）
PO/FF
Tsct
tA
74LS74
33MHz
10MW
20ns
50ns
（c）每个信号灯的组合逻辑图如下：
南北方向：
东西方向：
将以上各组合逻辑图连接起来则可构成所需要的电路图。
3、秒脉冲振荡器
我们已经学过用555定时器构成多谐振荡器。
它是在施密特触发器的基础上改进的，将555定时器的QI1和QI2连在一起，然后将Q0经Rc积分电路接回输入端即可。
后面我们将用这种方法。
下面是555的功能表：
芯片介绍
型号
F（max）
PO/FF
Tsct
tA
74LS74
33MHz
10MW
20ns
50ns
脉冲振荡器可以通过改变电阻和电容的值来改变输出脉冲的周期T。
T1=（R1+R2）Cln2T2=R2Cln2T=T1+T2=（R1+R2）Cln2
如下图555构成的多谐振荡器的电路图：
4、模拟显示及驱动电路
此电路设计时要求绿.黄红三种颜色的指示灯能显示点亮和熄灭两种状态，其中LED所加正向电压为1.5V，人眼可以看到三极管的电流为10mA-20mA。
此处选用三极管作为驱动电路。
因为用三极管构成的驱动电路简单，而且有经济、可靠、方便控制等优点。
当没有信号输入时，Qi=0，三极管截止，此时Ic=0。
即发光二极管不亮。
当有信号输入时，Qi=/0，三极管处于饱和状态，Ic=/0。
发光二极管有电流通过，与三极管的集电极和发射极形成通路，发光二极管点亮。
电路图如下：
5、直流稳压电源
电子设备中，一般都需要直流电源供电，本电路也同样需要直流稳压电源，单相交流电经过电源变压器，整流电路、滤波电路和稳压电路转换成的稳定的直流电压。
本设计采用单相变压器和桥式整流电路以及电容波和7805三端稳压其中，单相变压器为220V/9V集成的桥式整流电路滤波电容选用1000uF/25V电解电容7805能稳定的输出+5V电压。
单相交流电220V经电源变压器后得到9V电压，9V电压为交流电，它经桥式整流后变成直流电，再把直流电经滤波电容滤波，波形变得比以前平直，再经三端稳压器7805后得到平直的5V稳定电压。
电路图如下：
6、总体电路原理相关说明
交通信号灯的控制电路主要是要求能实现十字路口红绿灯的控制，十字路口有南北和东西两条路，在每一个交叉路口都需要红绿灯指挥交通。
红绿灯主要通过自身的状态和精确的时间间隔内转换状态的顺序。
白天红绿灯正常工作时，当南北方向的绿灯亮时，东西方向的红灯亮，并且保持5个时间单位（5t=20s）；当南北方向的黄灯亮时，东西方向的红灯亮，并且保持一个时间单位（t=4s）；当南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮时，保持5个时间单位（5t=20s）；当南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮时，保持1个时间单位（t=4s）并且依次循环。
在夜间，车辆行人已相对较少，不用让红绿灯都像白天那样工作，只需黄灯间隔1s闪一次。
这个控制可以通过一个开关控制白天和夜间工作状态的转换，在夜间无论是东西走向还是南北走向，只让黄灯工作。
红绿灯用红绿黄灯分别用红绿黄发光二极管实现。
当发光二极管中的电流达到点亮电流时灯就被点亮了，当达不到点亮电流时，该灯就成熄灭状态。
单相交流电220V经电源变压器后，经整流滤波稳压产生5V定时器构成的多谐振荡器为电路需要脉冲的芯片和电路提供1s脉冲，而电路中需工4s脉冲的部分是1s脉冲经过74LS74分频电路而得到的，其中1s脉搏冲供给黄灯闪烁，4s脉搏冲供给红灯和绿灯点亮，需要注意的是4s脉冲供给十二进制环形计数器，74LS164成为组合逻楫电路的时钟信号。
它的输出QF，QZ经过相应的门电路控制LED，而LED要想正常工作，发光需要控制LED的驱动电路正常工作。
LED信号灯的两种工作情况：
（1）白天工作方式：
开关打开，南北绿灯亮。
东西红灯亮，20s后南北方向黄灯按秒闪烁，东西方向红灯亮，4s后，南北方向变为红灯，进入下一个循环状态，重复上述变化。
（2）夜间工作方式：
开关闭合，东西南北四个方向都是黄灯按秒闪烁，红灯和绿灯处于熄灭状态。
7、总体电路原理图
8、元件清单
元件名称
型号/参数
数目
14脚1c座
/
7只
8脚1c座
/
1只
三角管
9013
6只
发光二极管
红
2只
发光二极管
黄
2只
发光二级管
绿
2只
带锁开关
/
1只
2脚接插件
/
1套
三端稳压集成电路
7805
1片
整流桥
/
1个
电解电容
1000uF/25V
1个
电解电容
1uF/25V
1个
电容
0.01uF
1个
电阻
300K
1个
电阻
5K
7个
电阻
220
6个
线路板
/
1块
移位寄存器
74LS164
1片
六倒相器
74LS04
1片
2输入四与门
74LS08
2片
3输入三与门
74LS11
1片
2输入四或门
74LS32
1片
正沿触发双d型触发器
74LS74
1片
集成电路
NE555
1片
参考文献
[1]童诗白华成英《模拟电子技术基础》高等教育出版社
[2]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社
[3]罗杰谢自美《电子线路》电子工业出版社
[4]刘修文《实用电子电路设计制作300例》中国电力出版社
设计心得体会
紧张有趣的数电课程设计终于告一段落了，一周的时间，我完成了十字路口交通信号灯的设计。
设计过程中我遇到了许多意想不到的问题，感到了知识的欠缺，无论是书本上的还是课外的，自己知识其实掌握了些皮毛而已。
平时课上学到的知识只是一些入门的知识，想要设计电路必须自己学习许多课外的知识，而且还得掌握一些基本的电脑操作知识，学会使用画图软件。
设计中用到了许多课本中没见到的芯片元件，了解了许多元件的功能。
通过这次课程设计，锻炼了我们动手动脑的能力，设计过程中许多困难，发现了很多的不足，幸好有老师和同学的帮助，最终克服了困难完成了此次设计。
开始设计时的思考锻炼了我独立思考问题的能力，通过自己的努力也解决了一些问题。
和同学一起解决问题攻克困难又得到了另一种满足感。
总之，这次宝贵的经历不仅提高了知识层面的东西，精神上也获得了大丰收。
无论挫折困难都是人生宝贵的财富。
能够顺利完成这次课程设计，离不开老师的辛勤指导和同学的热心帮助，在大家的帮助下，我克服了困难，向老师和同学学到了很多知识。
在这里，我要感谢老师的悉心指导和同学的热心帮助。
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