简易交通灯控制的设计.docx
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简易交通灯控制的设计
课程设计任务书
课程名称电子线路课程设计
课程设计题目简易交通灯控制的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
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25s。
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15s。
4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。
二、设计要求
1.在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2006
2.闫石，数字电子技术基础（第五版）出版社，高等教育出版社2005
3.陈孝彬，555集成电路实用电路集，高等教育出版社2002-8
4.王刚，TTL集成电路应用，机械工业出版社，2000-10
五、按照要求撰写课程设计报告
一．概述
交通灯在人类道路交通发展过程中扮演着非常重要的角色，而我国是一个人口超级大国，汽车工业的发展正在快速增长的阶段，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。
而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。
这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。
随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。
交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。
为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：
一是控制需求，最直接的办法就是限制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。
但是这两个办法都有其局限性。
智能交通灯系统正是解决这一矛盾的途径之一。
智能交通灯系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通灯管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。
对城市交通流进行智能控制，可以使道路畅通，提高交通效率。
合理进行交通灯控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗，本文就是通过对交叉路口交通灯的智能控制，达到优化路口交通流的目的。
二．方案论证
任务要求实际上就是4个状态，不妨设：
S1：
东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s；
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l5s；
S4：
如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。
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
图1主电路状态与指示灯状态转换
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。
方案一
①、S1-S3使用2个SR锁存器，设置00，01，10三个状态。
②、S4使用触发器，当出现紧急情况，触发器由“0”进入S4状态“1”后，在解除紧急时，恢复“0”，进入S1状态。
③、使用4个JK触发器，实现16位计数。
方案二
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
方案比较
方案一、优点：
状态转换简单；
解除紧急（S4）后指定回到S1；
缺点：
电平触发，与时钟信号不匹配；
方案二、优点：
下降脉冲触发，与时钟信号匹配；
容易处理，可显示数值；
缺点：
解除紧急（S4）后回到S1/S2/S3任一状态，不固定；
综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。
图2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（TerminalCountUp（Carry）Line）。
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Sx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、Sx：
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Sx－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。
3．电路设计
1、秒脉冲电路的选择设计
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=5.6K。
2、计时系统电路的选择设计
计时系统包括由74192构成的计数器和数字译码显示器等
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。
3、状态控制器电路的选择设计
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。
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。
4、时钟、状态控制判断系统电路的选择设计
判断系统由74S153数据选择器构成，电路原理图如下：
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）
输入
输出
74LS73
[9]2Q[12]1Q
74S153[14]
74S153[2]
74S153[1]
74192
（2）
74S153[G4]
状态
③C
⑤ECLR
S1
00
0
1
0
1
S2
01
1
1
0
1
输入
输出
74LS73
[9]2Q[12]1Q
74S153[14]
74S153[2]
74153[15]
74192
（2）
74S153[G4]
状态
③C
⑤ECLR
S3
11
1
×
0
1
图374S153功能表
5.状态翻译电路的选择设计
状态翻译电路由74LS138（3-8线译码器）实现，电路图如下：
A=Q0（74LS73），B=Q1（74LS73），C接紧急开关
74LS153
[3]
[2]
[1]
输出
LED
LED
LED
LED
LED
74LS138
G1
R2
Y
R1
G2
S1
0
0
0
1
1
S2
0
0
1
1
S3
0
1
1
1
1
S4
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
图474LS138功能表
6.输出调整电路的选择设计
由于74LS138输出的是
而不是
，另外需要实现正的逻辑，所以增加G6～G1来调整线路。
7.紧急开关设计
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。
8.信号灯系统电路设计
图5信号灯系统的电路图
四．性能测试
1、调试软件：
采用Multisim10软件进行仿真。
2、仿真电路的联成
3、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调试运行时，仿真软件时间太长，难以看出结果，可以点击菜单栏中Simulate/Interractivetransientanalysis，在弹出对话框中的InstrumentAnalysis区进行更改，将Maximumtimestep（TMAX）中的时间调整到0.001~0.005之间比较合适。
③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。
④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。
⑤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。
⑥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。
⑦器件、结点圈选以后可以整体移动。
圈内的器件、结点相对位置不会移动，导线两端均在圈内则不移动，导线两端在圈外亦不移动。
导线一端在圈内，一端在圈外则会自动调整。
仿真截图如下：
图6S1状态，东西方向绿灯亮南北方向红灯亮，时间为25秒
图7S2状态，东南西北四个方向黄灯亮，时间为5秒；
图8S3状态，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，时间为15秒；
图9S4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。
五．结论
经过两周的努力终于完成了关于交通灯控制电路的电子课程设计，通过不断的查资料让我积累了许多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术。
我深刻体会到数字电子技术对当今现代社会的重要作用。
经过这次设计，我学会了怎样把计划付诸于实际行动中。
同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，有待在今后的学习实践中进一步提高。
经过这次课程设计，我更加认识到要学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。
参考书
1.童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2006
2.闫石，数字电子技术基础（第五版）出版社，高等教育出版社2005
3.陈孝彬，555集成电路实用电路集，高等教育出版社2002-8
4.王刚，TTL集成电路应用，机械工业出版社，2000-10
5.ProtelDSP电路设计教程，电子工业出版社，2004-9
6.数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2008-7
7.ElectronicCircuitsHandbookforDesignandApplications,SecondEdition，PUBLISHINGHOUSES，2005
附录I总电路图
24020202
2012040202076
图10总电路图
附录II元器件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
74192
74LS192
十进制、LOAD低电平有效
2
74S153
74LS153
2组数据4选1选择器
1
74LS73
74LS73
J＝K＝T，2个T触发器
1
74LS138
74LS138
3-8线译码器
1
G0
74LS00+74LS04
2输入与门
1
G1、G2
74LS00
2输入与非门
1
G3、G6、G7
74LS04
2输入非门
1
G4、G9、G10
74LS02+74LS04
2输入或门
1
G5
74LS86
2输入异或门
1
红灯
2.5V
4
绿灯
2.5V
4
黄灯
2.5V
4
个（十）位显示
DCD_HEX
2
图11元器件清单
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