数字逻辑课程设计人工干预交通灯终结版.docx
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数字逻辑课程设计人工干预交通灯终结版
武汉工程大学
计算机科学与工程学院
综合设计报告
设计名称：
数字逻辑综合设计
设计题目：
可人工干预的交通灯控制器
学生学号：
专业班级：
学生姓名：
学生成绩：
指导教师（职称）：
课题工作时间：
2010年12月27日至2011年1月7日
说明：
1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。
3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况，给出客观、全面的评价。
4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。
答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
5、报告正文字数一般应不少于5000字，也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。
6、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其本项综合设计成绩按不及格处理。
7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。
成绩评定表
学生姓名：
学号：
班级：
类别
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
平时表现
10
10
按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。
由设计负责人给出
完成情况
30
20
按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。
10
能对其设计内容进行详细、完整的介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。
报告质量
35
10
报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。
5
课题背景介绍清楚，综述分析充分。
5
设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。
5
符号统一；图表完备、符合规范要求。
5
能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。
5
参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。
答辩情况
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
总评成绩：
分
补充说明：
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
答辩记录表
学生姓名：
学号：
班级：
答辩地点：
答辩内容记录：
答辩成绩
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
答辩小组成员（签字）：
年月日
指导教师评语
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：
1,设计目的
通过实验熟悉掌握计时器的功能，掌握交通灯的可干预功能，最后能设计出一套完整的可人工干预的交通灯控制电路。
2,设计条件
熟悉掌握课本知识；懂得电子技术；懂得如何操作仿真软件。
3,设计要求和任务
设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。
该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。
具体要求如下：
（1）要求甲车道和乙车道上的车辆交替运行，每秒通行时间为60秒
（2）要求黄灯先亮5秒种，才能变换车道；
（3）黄灯亮时要求每秒闪亮一次；
（4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；
（5）根据设计要求设计好电路，选好元件及参数；
（6）拟定测试方案和设计步骤；
（7）写出设计性报告。
指导教师签字：
年月日
二、进度安排：
2010年12月27日—2010年12月30日查阅文献，收集资料
2010年12月30日—2011年1月2日方案认证
2011年1月2日—2011年1月6日系统详细设计
2011年1月6日—2011年1月7日综合设计论文撰写
三、应收集资料及主要参考文献：
[1]朱勇﹒数字逻辑﹒北京：
中国铁道出版社，2007.8﹒
[2]JOHNFW﹒数字设计原理与实践﹒3版﹒北京：
高等教育出版社，2001﹒
[3]饱家元﹒毛文林﹒数字逻辑﹒2版﹒北京：
高等教育出版社，2002﹒
[4]白中英﹒数字逻辑与数字系统﹒2版﹒北京：
科学出版社，1999﹒
[5]邓元庆﹒数字电路与逻辑设计﹒北京：
电子工业出版社，2001﹒
[6]欧阳星明﹒陈传波﹒数字逻辑﹒武汉：
华中理工大学出版社，2000﹒
[7]赵晶﹒电路设计与制版Protel99高级应用﹒北京：
人民邮电出版社，2000﹒
[8]陈宗梅﹒交通灯控制系统电路设计重庆职业技术学院学报.2005年﹒124-125﹒
[9]任中民﹒交通等数字控制系统的电路设计﹒辽宁省交通高等专科学校学报﹒200545-46﹒
[10]阎石﹒数字电子技术基础﹒北京：
高等教育出版社，2001年﹒
[11]康华光﹒电子技术基础﹒北京：
高等教育出版社，1999年﹒
四、综合设计（课程设计）摘要（中文）：
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。
交通拥挤，交通事故等等等等都一再的烦扰着人们。
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。
为此，本次设计完成的就是交通灯设计。
数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。
这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。
我们要运用各种电子知识，设计出一套优良的交通灯控制系统，解决城市交通拥挤的状况，减少交通事故的发生频率。
以下就交通灯控制系统的电路原理、具体设计和实验调试等问题来进行具体分析讨论。
五、综合设计（课程设计）Abstract（英文）：
Withthedevelopmentofsocialeconomy,peoplearegettingmoreandmorefocusedontheproblemsofurbantransportation.Trafficdelayandaccidents,etc,arerepeatedlybotheringpeople.Thecoordinationoftherelationshipamongpeople,vehiclesandroadhasbecomeoneoftheimportantissueswhichtrafficmanagementdepartmentneedstosolve.TrafficSurveillanceandControlSystemisacomputerintegratedmanagementsystemthatisdesignedforurbantrafficdatamonitoring,trafficlightcontrolandtrafficdispersion,it’sthemostimportantpartofthemodernurbantrafficcontrolcommandsystem.Therefore,whatweshouldcompletethistimeisthedesignofthetrafficlights.Fundamentaldigitalelectronictechniqueisanimportanttechniquefoundationcourseformajorsthatarerelatedtoweakcurrentincollege.Thecourse,placingextraemphasisonthelogicbehaviorperceivingandprovinganddevelopingrapidly,hasgoodpracticalapplicabilityandapplicationoriented.Weshouldusevariouselectronicknowledgetodesignasetofexcellenttrafficcontrolsystem,inordertosettlethecrowdedconditionoftheurbantrafficandcutdowntherateoftrafficaccident.So,wearegoingtodonextisanalysinganddiscussingthoseproblemsreferringtothecircuittheory,detaileddesignandexperimentaldebuggingofthetrafficlightscontrolsystem.
摘要…………………………………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………………………...…4
第一章课题背景（或绪论、概述）……………………………………………………….5
1.1课题设计背景………………………………………………………………………5
1.2课题设计目的………………………………………………………………………5
1.3课题设计要求………………………………………………………………………5
1.4课题设计的基本理论依据……………………………………………………….5
1.5课题设计的主要工作内容…………………………………………………………6
第二章设计简介及设计方案论述………………………………………………………..7
2.1设计的基本原理……………………………………………………………………7
2.2方案设计及讨论……………………………………………………………………7
2.3可人工干预交通灯控制系统简介…………………………………………………7
2.4可人工干预交通灯控制系统流程图………………………………………………8
第三章详细设计…………………………………………………………..………………...9
3.160秒倒计时设计……………………………………………………………………9
3.2人工干预功能设计……………………………………………………………….11
3.2.1RS触发器的介绍…………………………………………………………11
3.2.2人工干预电路的设计……………………………………………………12
3.3交通灯控制电路的设计………………………………………………………….14
3.3.1JK触发器的介绍…………………………………………………………14
3.3.2交通灯控制总电路的总体设计和分析…………………………………14
3.3.3黄灯闪烁的具体设计和分析………………………………………….15
3.3.4红绿灯转换的具体分析……………………………………………….16
第四章设计结果及分析…………………………………………………..……………….18
4.1可人工干预交通灯控制系统的总电路图的设计结果………………………….18
4.2总体的仿真结果………………………………………………………………….19
4.2.1正常计时的仿真结果……………………………………………………19
4.2.2倒数5秒黄灯的闪烁仿真结果………………………………………..20
4.2.3红黄灯转换之后的仿真结果……………………………………………21
4.2.4人工干预后的仿真结果…………………………………………………22
总结…….……………………………………………………..……………………………24
致谢…….……………………………………………………..……………………………25
参考文献…….………………..………………………………..……………………………26
附录………………………………………………………………………………………….27
摘要
现在社会发展的越来越快，人们的生活状况也越来越好，消费水平也越来越高，几乎每个家庭都拥有自己家的私家车。
随着人口的越来越集中，城市交通问题越来越引起人们的关注。
交通拥挤，交通事故等等等等都一再的烦扰着人们。
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。
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。
为此，本次设计完成的任务就是交通灯的设计。
但是一般的交通灯的控制系统在现实生活中是很难达到人们的需要的，比如说在通行的时间问题上，一般的交通灯控制系统就不能最有效的来达到我们的要求，因此我们要设计出一套能够人工控制的交通灯控制系统。
完成可人工干预交通灯控制系统的设计需要我们在数字逻辑中学到的许多知识，要用到各种适合设计的芯片和各种触发器，要熟悉各种器件以及连接等等，总之，我们要运用各种电子知识，设计出一套优良的交通灯控制系统，解决城市交通拥挤的状况，减少交通事故的发生频率。
以下就交通灯控制系统的电路原理、具体设计和实验调试等问题来进行具体分析讨论。
关键词：
交通灯；人工干预；倒计时
Abstract
Nowadaysthesocietyisdevelopingfasterandfaster,andpeoples’livingstandardandconsumptionlevelisgrowingsohighthatalmosteveryfamilyownsprivatecar.Aspopulationconcentrationgrows,theproblemsoftheurbantrafficareattractingmoreattention.Trafficdelayandaccidents,etc,arerepeatedlybotheringpeople.Thecoordinationoftherelationshipamongpeople,vehiclesandroadhasbecomeoneoftheimportantissueswhichtrafficmanagementdepartmentneedstosolve.Therefore,howwetakepropermethodofcontrolling,makethebestuseoftheexpensivelybuilthighway,andrelievethetrafficjambetweenroadandramp,cityandthesurroundingarea,isbecomingtheprimalproblemforthetrafficandtransportmanagementandurbanplanningdepartments.So,whatweshouldcompletethistimeisthedesignofthetrafficlights.However,ordinarytrafficcontrolsystemcan’tworkeffectively,intheproblemoftravellingtimeforexample,ordinarysystemwon’tbethemostefficient,henceweshoulddesignatrafficlightcontrolsystemthatcanworkundermanualcontrol.Wearerequiredtouseallkindofelectronicknowledge,includingknowledgeofdigitallogic,properchipandtriggertodesignatrafficcontrolsystemwithmanualintervention,sothatwecansolvetheproblemofurbantrafficjamanddecreasetherateoftrafficaccident.Thefollowingisthediscussionandanalysisonproblemssuchascircuittheoryofthetrafficcontrolsystem,detaileddesignanddebuggingbyexperiment.
Keywords：
Trafficcongestion；trafficaccidents；trafficlightdesigned
第一章课题背景
1.1设计背景
现在经济越开越发达，相应的交通工具也越来越便捷，而在我们享受各种便捷的交通工具给我们带来的方便的同时，各种交通堵塞和交通事故也给我们带来了很大程度上的困扰。
为了减轻这种困扰，我们必须受到交通规则的制约，而在交通规则中起重大作用的就是我们的交通灯。
所以交通灯的作用不可藐视。
而在实际中我们需要根据各种需要延迟和减少交通灯亮的时间，以达到把交通灯的作用发挥到最大，所以我们需在交通灯控制电路中加上可人工干预的作用。
以下就是我设计的可人工干预的交通灯控制电路。
1.2设计目的
通过实验熟悉掌握计时器的功能，掌握交通灯的可干预功能，最后能设计出一套完整的可人工干预的交通灯控制电路。
1.3设计要求
设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，
其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。
该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。
具体要求如下：
（1）要求甲车道和乙车道上的车辆交替运行，每秒通行时间为60秒
（2）要求黄灯先亮5秒种，才能变换车道；
（3）黄灯亮时要求每秒闪亮一次；
（4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；
（5）根据设计要求设计好电路，选好元件及参数；
（6）拟定测试方案和设计步骤；
（7）写出设计性报告。
1.4课题设计的基本理论依据
可人工干预交通灯控制系统由计时器，人工干预系统和交通灯控制系统三部分组成。
计时器的设计我们采用两个74190芯片来完成，为了加上人工干预系统，我们再加上一个60进制的计时器，两个计时器由RS触发器连接起来。
并在两个之间加上一个开关。
由RS触发器来实现输入信号的翻转功能，从而使我们在按下开关时能够使我们的计时器暂停工作，而人工干预的计时器开始工作，从而实现人工干预功能。
在交通灯控制系统中，我们采用两个与门和两个JK触发器的组合分别来控制红绿灯的转换和红绿灯与黄灯之间的转换。
将这三部分连接起来就可以实现整个交通灯的整体控制。
1.5课题设计的主要工作内容
以下为我所写的主要内容：
第二章为设计简介及设计方案论述，设计的基本原理，可人工干预交通灯控制系统简介和可人工干预交通灯控制系统流程图；
第三章讲的是课题的详细设计。
分为三个部分：
60秒倒计时的设计，人工干预功能设计和交通灯控制电路的设计。
人工干预功能设计又包括RS触发器的介绍和人工干预电路的设计；交通灯控制电路的设计又包括JK触发器的介绍，交通灯控制总电路的总体设计和分析，黄灯闪烁的具体设计和分析以及红绿灯转换的具体分析。
第四章为设计结果及分析。
分为可人工干预交通灯控制系统的总电路图的设计结果和总体的仿真结果这两个部分。
在总体的仿真结果中又分为四个部分：
正常计时的仿真结果，倒数5秒黄灯闪烁的仿真结果，红黄灯转换之后的仿真结果和人工干预后的仿真结果
最后就是总结，致谢以及参考文献。
第二章设计简介及设计方案论述
2.1设计的基本原理
控制器有时钟信号CP，其周期为1分钟。
在正常通行情况下，交通灯交替工作。
以使东西的交通放行1分钟，然后使南北路的交通放行1分钟。
此外，控制器设有“人工干预”按钮。
若目前东西路通行一分钟后车辆还很挤，而南北路方向并无车量要求通行，可按下“人工干预”按钮，于是，在目前的1分钟周期结束时，仍然是南北路方向亮红灯，东西路方向亮绿灯，延长放行1分钟，而后自动转入正常的交替工作时序如同未出现过某一方向车量中断的情况一样。
通常，我们把控制器做成同步时序网络。
送到控制器TC的唯一输入为“人工干预”信号P，交通灯在时钟信号CP=1时改变一次通行状态。
“人工干预”信号P直接送到Y1，当时钟信号CP为0时将Y1送到Y2，并由Y2送到控制器TC，这是为了避免在CP=1改变通行状态时出现P信号而产生错误的转换。
控制器TC产生使东西路通行的输出信号Z1=1，产生使南北路通行的输出信号Z2=1，第三个输出Z3用以在延长通行1分钟后使R-S触发器复位。
2.2方案设计及讨论
计时部分：
60秒倒计时和人工干预60秒倒计时，正常工作是由60秒倒计时部分起作用，
当需要人工延时控制时，则采用人工控制系统。
交通灯的三种状态：
（1）东西红灯闪烁，南北绿灯闪烁
（2）东西南北的黄灯都闪烁，但是红绿灯都不闪烁
（3）东西绿灯闪烁，南北绿灯闪烁
2.3可人工干预交通灯控制系统简介
本设计方案由三部分构成：
60秒倒计时；人工干预；交通灯控制。
60秒倒计时我们采用两个74190芯片来设计，人工干预部分也由两个74190芯片和一个RS触发器组成，而交通灯的设计则采用两个各JK触发器来构成。
当人工干预不工作时，60秒倒计时部分正常工作，交通灯正常闪烁，当我们按下开关时，60秒倒计时部分暂停工作，人工干预部分开始工作，从而达到人工干预的目的。
2.4可人工干预交通灯控制系统流程图
可人工干预交通灯控制系统流程图如下图2.4所示：
图2.4交通控制系
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