交通灯自动手动控制电路设计

目录1 引言 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计背景 (1)2软件简介 (3)3总体设计思路 (5)4单元设计电路 (6)4.1脉冲产生电路 (6)4.1.1自动控制脉冲产生电路 (6)4.1.2手动控制脉冲产生电路 (6)4.2 倒计时计数器 (7)4.3倒计时计数器与信号灯转换器的连接 (8)4.4信号灯的转换方法 (9)4.5白天夜间模式切换的设计 (11)5总结 (13)参考文献 (14)附录 (15)附录1 器件明细表 (15)附录2 仿真电路图 (16)1 引言1.1设计目的学习了一个学期的《数字电子技术》课程，这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识，通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况。

通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。

交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。

在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理。

本次的设计就是基于此目的进行的。

设计交通信号控制灯要求某方向绿灯点亮24秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。

在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。

如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为6：1：7。

从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。

信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。

夜间工作方式南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。

其它灯不亮。

要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。

1.2设计背景随着世界范围内城市化和机动化进程的加快，城市交通越来越成为一个全球化的问题。

城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求，道路堵塞日趋加重，交通事故频繁，环境污染加剧等问题普遍存在。

目前，全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，交通事故频发，这给人民的生命财产安全带来了极大的损失。

如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。

探究城市交通发展中存在问题的原因，无论是从宏观上还是从微观上分析，其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。

城市交通控制系统（UTC ，Urban Traffic Control System）是现代城市智能交通系统（IDJ ，Intelligent transport system）的组成之一，主要用于城市道路交通的控制与管理。

城市平交路口实现交通信号控制是城市交通管理现代化的基本标志之一，是提高交通管理效能的重要技术手段。

路口信号控制器是控制交叉路口交通信号的设备，它是交通信号控制的重要组成部分。

各种交通控制方案，最终都要由路口信号控制器来实现。

为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。

伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断增加。

2软件简介Multisim本是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，被美国NI公司收购后，更名为NI Multisim ，而V10.0是其（即NI，National Instruments）最新推出的Multisim 最新版本。

目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。

Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4个部分相互独立，可以分别使用。

Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4个部分有增强专业版（Power Professional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。

NI Multisim 10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。

NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。

而且，它的的虚拟测试仪器仪表种类非常齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

NI Multisim 10主要功能是可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。

可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。

在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。

而且NI Multisim 10具有有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。

另外，NI Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。

支持VHDL和V erilog HDL语言的电路仿真与设计。

利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。

NI Multisim 10软件进行设计仿真分析的基本步骤为：设计创建仿真电路原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动Multisim10仿真。

NI Multisim 10易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。

3总体设计思路设计交通信号控制灯要求白天的工作方式如图2-1：夜晚的工作方式是：南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其他灯不亮，因此总的设计框图如图2-2：根据交通灯的性能要求以及整体电路图，设计本次课程设计的交通灯电路。

图2-1 信号指示灯白天点亮流程图南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 20s南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t 南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮 4s 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮20s 南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮 4s图2-2 整体电路设计框图东西显示灯南北显示灯南北记时显示东西记时显示白天控制夜间控制 手动单步脉冲控制自动1HZ 脉冲控制控制电路4单元设计电路4.1脉冲产生电路脉冲产生电路分为自动控制电路和手动控制电路。

4.1.1自动控制脉冲产生电路由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。

秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成的多谐振荡器。

为了电路简单和调节振荡周期方便，选择用555定时器组成多谐振荡器。

振荡周期与频率的计算公式为：C R R C R R T )221(7.02ln )221(+=+=电源电压为Vcc=12V ，其中电路图中C1的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，课程设计中要求输出T=1S ，选取电容为C=10nF ，R1=28.86M Ω，根据振荡周期计算，选择电阻R2=57.72M Ω。

在Multisim 中进行仿真如图3-1：由此电路就可以产生脉冲频率为1赫兹的脉冲。

4.1.2手动控制脉冲产生电路如果要求电路能够实现手动控制时，则电路需要手动控制来产生脉冲。

手动控制的核心是通过手动开关来产生单步脉冲，手动控制的电路图如图3-2图3-1 555定时器组成的多谐振荡器图3-2手动控制单步脉冲电路通过开关的开合来产生单步脉冲，开关开合一次则产生一个脉冲。

4.2 倒计时计数器十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们直观的把握时间。

具体的工作方式为：当某方向绿灯亮时，只显示器为某值，然后每秒减1，计数方式工作，直至减到4或0时，十字路口的红绿灯变换，一次工作结束后进入下一步某方向的工作循环。

在倒计时的过程中计数器还向信号灯提供模为4的定时信号T1和模为0的定时信号T2，用以控制黄灯的闪烁和黄灯向红灯变换。

计数器采用74ls190进行设计比较简便。

它是十进制同步可逆计时器，具有异步并行置数的功能。

功能表如表3-1所示：表3-1 74LS190功能表CETN'D|U’CLK LOAD'A B C D Q1 Q2 Q3 Q4 * * * 0* * * * A B C D 01↑ 1 * * * * 减法计数00↑1* * * * 加法计数1* * 1* * * * 0 0 0 0因为要计数的数字从24开始，所以要用两片74LS190级联得到。

因为此次倒计时电路是从24开始倒计时计数，所以，首先将两片74LS190工作在减法计数状态，即D/U’端接高电平，从而使得计数器工作在减法计数状态。

然后将两片74LS190通过级联接成100进制的计数器，并且通过置数端的控制对两个芯片进行置数，高位置成0010，低位置成0100，即在显示屏上会显示24。