中南大学电子课程设计

目录

1设计任务及指标 (1)

2交通灯控制电路分析 (2)

2.1交通灯运行状态分析 (2)

2.2电路工作总体框图 (3)

2.3方案比较 (3)

3交通灯控制电路设计 (4)

3.1 电源电路 (4)

3.2 脉冲电路 (4)

3.3 分频电路 (6)

3.4 倒计时电路 (6)

3.5 状态控制电路 (8)

3.6 灯显示电路 (9)

3.7 总体电路图 (11)

4实验数据和误差分析 (12)

5课程设计的收获、体会和建议 (13)

6致谢 (16)

7参考文献 (17)

8附录 (18)

1 设计任务及指标

设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。

要求如下：

（1）南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s、支干道每次通行间为20s；

（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；

（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s钟，才能变换运行车道；

（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；

（5）同步设置人行横道红、绿灯指示。

（6）设计相关提示：所设计的交通路口为一十字路口，不涉及左右转弯问题。

2 交通灯控制电路分析

2.1 交通灯运行状态分析

交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯，分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时，另一个方向红灯亮。每盏灯顺序点亮，循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为：状态0：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。

状态1：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；

状态2：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；

状态3：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；

4种状态循环往复，并且红灯的倒计初始值为绿灯的倒计初始值和黄灯的倒计初始值之和。交通灯电路的具体运行状态框图如图2.1(人行道交通灯未标明)所示：

北

图2.1交通灯运行状态分析图

2.2 电路工作总体框图

交通灯控制电路主要由以下几部分构成，如图2.2所示，有电源电路，脉冲电路，分频电路，倒计时电路，(交通灯)状态控制电路，灯显示电路。

图2.2 交通灯控制电路功能模块框图

2.3方案比较

从交通灯控制电路功能模块框图可知在倒计时电路，状态控制电路，灯显示电路这三块电路产生设计分歧。所以实现交通灯控制电路可以有2种方案：

(1)先设计出让交通灯按4种状态循环变换的灯显示电路，再通过灯的状态控制倒计时显示器的显示的功能；

(2)先设计让倒计时显示器按规律运行的电路，再通过倒计时电路的信号来控制交通灯按4种状态循环变换；

方案1，2均符合设计的要求，但通过具体实践和分析方案1显示电路需要比较多的芯片，其电路不是太复杂，但是过程比较繁琐。而方案2让显示电路来控制灯的发亮，这样显示电路就不受其他信号的影响，并且通过显示电路来控制交通灯的状态变换比较容易。综上所述，选择方案2来设计具体的电路。

3 交通灯控制电路设计

3.1 电源电路

电源电路主要由整流、滤波、稳压三部分组成，用于供给数字电路的工作电源。

整流部分由变压器与整流桥KBP210G组成。220V、50Hz的交流输入经过变压器之后，输出9V、50Hz的交流电压。该电压输入整流桥，整流桥由四只整流二极管接成电桥的形式组成。整流桥输出8.1V的直流电压。

滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，由1mF的电容组成电容滤波电路。电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小，适合负载电压较高，负载变动不大的场合。

稳压电路用于稳定电压的输出，由三端集成稳压器L7805和电容组成。C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，C4用于减少稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

图3.1 稳压电源

3.2 脉冲电路

利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出4Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。555定时器的原理图如图3.2所示，功能表如表1所示：

图3.2 555定时器原理图

表1 555定时器功能表

输入

输出

1I 2I D o ⨯

⨯

0 0 导通 23cc

V < 3cc

V < 1 1 截止 23cc

V > 3cc

V > 1 0 导通 23

cc

V <

3

cc

V >

1

不变

不变

组成的脉冲电路如图 3.3所示：

CC

v C

O

0.01μF

C

8 4 555

7

6

2

3

5 1

图3.3 脉冲电路

R 1 R 2

根据功能表和电路图计算如下：

22ln 20.7pL t R C R C =≈

1212()ln 20.7()pH t R R C R R C =+≈+

121 1.43(2)pl ph f t t R R C

=≈

++

取R 1=10k Ω，R 2=10 k Ω，C=1.6uF 。即可实现输出4Hz 的矩型方波。

值得注意的是，在输出端接上了一个开关，可以控制系统工作的开始和暂停。

3.3 分频电路

分频电路利用计数器74LS193来实现，根据上面计算取4分频，即输出为2Q 端，电路如图3.4所示：

图3.4 分频电路

3.4 倒计时电路

十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每s 减1的计数方式工作，直至减到数为5和0，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支 干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30s 、支干道每次通行时间为20s 。也就是一

时间脉冲