《电子技术》课程设计简易交通灯设计.docx
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《电子技术》课程设计简易交通灯设计
《电子技术》
课程设计报告
课题名称
简易交通灯设计
学院
自动控制与机械工程学院
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制3班
姓名
唐密何继龙
学号
201104100124201104100409
时间
2013年7月
摘要
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，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。
而城市高速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普通道路耦合处交通状况的制约。
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。
因此，本次通过对交通灯的设计，了解交通灯的工作原理。
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，已经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。
为此，通过数字电子技术知识设计了一套简易交通灯控制电路的方案，交通灯的控制系统主要由秒脉冲电路、置数电路、定时电路、译码显示电路、信号灯控制电路组成
关键字：
交通灯 计时器秒脉冲
Abstract
Withthedevelopmentofcityvehiclequantityunceasingincrease,manybigcitysuchasBeijing,Shanghai,Nanjing,thetrafficoverloadsituation,therefore,sincethelate80's,thecityhavebuiltthecityhigh-speedroads,high-speedroadconstructionintheearlystage,theyhaveeffectivelyimprovedthetrafficcondition.However,withtherapidgrowthoftrafficloadandlackofsystemresearchandthecontrolofhigh-speedroads,high-speedroaddidnotgivefullplaytotheanticipatedrole.Whilethecityexpresswayinthestructurefeatures,alsodecidedtorestrictthecityspeed-waytransportationconditioninevitablyaffectedbythecouplingatthetrafficExpresswayandordinaryroad.So,howtousetheappropriatecontrolmethod,themaximumutilizationofhighspeedroadcitysocostlytobuild,toalleviatetrafficcongestionwiththesurroundingareaofthemainroadandtheramp,thecity,hasincreasinglybecomeamajorproblemtobesolvedintransportationmanagementandcityplanningdepartment.Therefore,thistimethroughthedesignofthetrafficlights,understandtheworkingprincipleofthetrafficlights.
Withthedevelopmentofsocialeconomy,citytrafficproblemscausedbymoreandmorepeople'sattention.Coordinationofhuman,vehicle,roadthreerelations,hasbecomeoneofthemostimportantproblemsneedtobesolvedinthetrafficmanagementdepartment.Citytrafficcontrolsystemforcitytrafficdatamonitoring,trafficsignalcontrolandtrafficmanagementcomputersystem,itisthemostimportantpartofmoderncitytrafficcontrolsystem.Therefore,thedigitalelectronictechnologyknowledgetodesignasimpletrafficlightscontrolcircuit,thetrafficlightcontrolsystemmainlybythesecondpulsecircuit,resetcircuit,timingcircuit,thedecodingdisplaycircuit,signallampcontrolcircuit.
Keywords:
trafficlightstime-meterpulsepersecond
目录
第一章设计内容1
1.1设计任务和要求1
1.2设计目的1
1.3设计方案1
第二章单元电路剖析3
2.1秒脉冲电路3
2.2计时器电路4
2.3状态控制器电路5
2.4时钟、状态控制判断系统电路6
2.5状态翻译电路6
2.6输出调整电路7
2.7紧急开关电路7
2.8信号灯系统电路8
第三章系统调试与仿真9
3.1调试软件9
3.2电路的调试9
3.3仿真截图10
3.3.1S1状态仿真10
3.3.2S2状态仿真11
3.3.3S3状态仿真12
3.3.4S4状态仿真13
参考文献14
附录14
第一章设计内容
1.1设计任务和要求
设计一个简易交通灯控制逻辑电路，要求：
1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。
2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间10s。
4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。
1.2设计目的
1、熟悉和掌握数字电子电路的设计方法和步骤
2、熟悉和掌握仿真软件的使用方法及其应用
3、将理论和实践相结合，更好地掌握所学知识
1.3设计方案
任务要求是交通信号灯实现4个状态，设：
S1：
东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；
S2：
东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；
S3：
南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s；
S4：
如果发生紧急事件，可以通过紧急开关控制四个方向红灯全亮；
【表1】主电路状态与指示灯状态转换
主电路
状态
东西方向绿灯G1
南北方向红灯R2
黄灯
Y
东西方向红灯R1
南北方向绿灯G2
S1
1
1
0
0
0
S2
0
0
1
0
0
S3
0
0
0
1
1
S4
1
0
0
1
0
注释：
主电路要实现S1→S2→S3状态的循环转换，而且可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。
S1=15s；S2=5s；S3=10s。
方案思路：
1、S1-S3使用2个7473替代的T触发器。
JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能，J=K=T，则得到T触发器。
2、S4使用或门、非门实现，从表1可知：
G1=S3+S4
R2=S1·~S4
Y=S2·~S4
R1=S3+S4
G2=S3·~S4
3、使用74192同步可逆10进制计数器（8421码）2个
方案框图：
1、计时器：
使用上升时序，个位、十位两片74192。
进位关联使用个位TCU＝十位UP实现。
数据状态通过判断条件进入选择器74S153。
判断条件成立后执行清零。
2、时序控制：
使用74LS73改装的T触发器2个，实现S1→S2→S3状态的循环转换。
3、判断时钟：
判断74192和74LS73的状态，满足条件输出74192的清零使能和74LS73的CLK信号。
4、翻译LED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：
5、输出调整电路，令紧急电平开关控制LED的状态。
第二章单元电路剖析
2.1秒脉冲电路
1、秒脉冲可以由函数信号发生器产生，也可以由555定时器组成多谐振荡器产生。
2、本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，采用如图所示的接法，引入了二极管D1和D2，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1=R1Cln2，放电时间变为T2=R2Cln2，故得脉冲的占空比为q=R1/（R1+R2），若取R1=R2，则q=50%，相应的周期变为T=（R1+R2）Cln2，取C=100uF。
为了使输出波形稳定，取R1=R2=5.6kΩ
图1
秒脉冲电路仿真图：
图2
2.2计时器电路
计时系统包括由74192构成的计数器和数字译码显示器等，电路图如图
图3
计数器由两片74192十进制计数器组成两位十进制加法计数器，控制个位数的74192接入脉冲输入，进位输出端接十位数的加计数输入端。
两个芯片上的计数器输入端都接地，清零端接紧急开关，当紧急开关接地时，清零端输入低电平，计数器正常工作，当紧急开关接高电平时，计数器清零停止工作。
74S153的1Y、2Y通过一个或门后接两个74192的预置数端，数据状态通过判断条件进入选择器74S153。
判断条件成立后执行清零。
控制个位数的74192的QB、QC经与门接入74S153的B输入端，当个位到达6时，输出为“1”；控制十位数的74192的QA接74S153的1C2、2C1、2C3，当十位到达1时，输出为“1”。
计数器的输出端分别连接对应数字译码显示器的输入端。
2.3状态控制器电路
状态控制器是交通灯控制电路的核心，能够控制交通灯工作状态的转换。
本设计需要循环的状态一共是三个，分别是S1、S2、S3，采用74LS73，JK触发器。
图4
用JK触发器构成T触发器：
则有：
使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用
作系统状态。
由选择器74153判断。
状态转换图：
图5
2.4时钟、状态控制判断系统电路
判断系统由74S153数据选择器构成，电路原理图如下：
图6
数据选择器输出的逻辑式为：
1Y=[1C0（~A~B）+1C1（~AB）+1C2（A~B）+1C3（AB）]·1G;
2Y=[2C0（~A~B）+2C1（~AB）+2C2（A~B）+2C3（AB）]·2G;
由图可知：
1C0=1C1=2C0=2C2=0;
1C2=2C1=2C3=QA（十位74192）；
1C3=1;
B=QA·QB（74S153）;
A=Q0（JK074LS73）;
~1G、~2G分别接Q1（JK174LS73）和~Q1（JK174LS73）
2.5状态翻译电路
状态翻译电路由74LS138（3-8线译码器）实现，电路图如下：
图7
A=Q0（74LS73）
B=Q1（74LS73）
C接紧急开关
2.6输出调整电路
图8
2.7紧急开关电路
当紧急开关接地电平时，74192计数器正常工作，74LS138译码器工作输出为Y0、Y1、Y3，交通灯正常工作；当紧急开关接高电平时，74192计数器停止工作，74LS138输出不为Y0、Y1、Y3中的任意一个，所以黄、绿交通灯均不能工作，而红交通灯直接接了紧急开关，所以红交通灯全部亮起。
紧急开关电路：
图9
2.8信号灯系统电路
信号灯系统的电路图如下：
图10
第三章系统调试与仿真
3.1调试软件：
采用Multisim11.0软件进行仿真。
仿真电路如下：
图11
3.2电路的调试
1、调试秒脉冲，将秒脉冲输出接示波器，观察输出波形，当两个电阻阻值为5.6K时，波形最稳定。
2、计数器测试时，首先是将个位数的QA、QC引出到74S153中，但运行时在个为显示器到刚到达4计数器便立即清零只能显示13,猜想原因可能是由于元件的延时造成的，所以改为将个位数的QB、QC引出到74S153，再运行结果稍稍有所改善可以短暂显示4。
3、紧急开关最初的设计没有连接计数器的清零端，计数器的清零端是接地的，但在紧急开关开启时，计数器仍然在计数所以改为将紧急开关连接计数器的清零端，正常工作时，清零端输入低电平，当紧急开关开启时，清零端输入高电平，计数器工作在清零状态。
4、元件调整：
双击原件即可调整原件参数。
如果在运行状态，这个操作会导致总电源的关闭。
5、接线问题：
当且仅当元件、结点不移动的情况下，连线不移动，新接连线会自动调整，可用鼠标移动到线上拖动，若线上出现小方框，说明线太密，不能移动。
连线不能倾斜，全部横向或竖向。
当第三点需要连接在线上是，可以从端点拖动到线上。
EWB不允许出现悬空线，也不允许从导线开始延伸到端点。
3.3仿真截图
3.3.1S1状态东西方向绿灯亮南北方向红灯亮，时间为15秒
图12
3.3.2S2东南西北四个黄灯亮，时间为5秒
图13
3.3.3S3状态，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，时间为10秒；
图14
3.3.4S4状态，紧急状态，东南西北四个方向红灯全亮，计数器清零不显示。
图15
参考文献：
[1]高吉祥，数字电子技术.北京：
电子工业出版社
[2]李玲远，范绿蓉，陈小宇.电子技术基础实验.北京：
科学出版社
[3]彭介华，电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社
[4]梁宗善，电子技术基础课程设计[M].武汉：
华中理工大学出版社
附录：
1、74LS153N功能：
2、74LS138N功能：
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