简易交通灯控制电路的设计课程设计
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【摘要】
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础，引入了数字电路，将模拟信号转化为数字信号，利用了数字逻辑这一强大工具，同时还运用了Multisim软件对所设计电路进行了仿真。
【关键字】秒脉冲发生器减计数器主控电路译码电路数码显示管
【技术要求】
设计一个十字路口的红、绿、黄信号交通灯控制电路，计提要求如下：
1.实现定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；
2.每次由绿灯转为红灯时，应有5秒黄灯作为过渡ห้องสมุดไป่ตู้才能变换运行车道；
3.分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯；
4.每一种灯亮的时间都用显示器进行显示，并采用倒计时的方法。
第一个暂稳状态的脉冲宽度 ，即 从 充电上升到 所需的
（ ＋ ）Cln2＝（ ＋ ）C
第二个暂稳状态的脉冲宽度 ，即 从 放电下降到 所需的时间：
Cln2＝
振荡周期T= + ( ＋2 )C
振荡频率
占空比
由式可得,占空比大于总是>%50。若设占空比=%50，又知交通信号灯的振荡周期是1S，可得到本次所需要的元器件阻值：
方案论证及原理框图
根据以上分析，为了实现电路要求，我们可以有以下三个方案：
方案一：用555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，根据简单移位寄存器只有四个状态，与此时的正好完全相同，因此用移位寄存器构成系统的主控模块，驱动信号灯的显示和计数器的预置数，同时在主干道和支干道上各只需要一个计数器。根据不同时刻移位寄存器给计数器进行预置数，可以显示不同的倒计时，其控制结构图如下所示：
第二章单元电路设计与分析
秒脉冲发生器
秒脉冲发生器的选择
常见的能产生秒脉冲的期间有晶体振荡器、单稳态触发器、施密特触发器和多谢振荡器等。晶体振荡器产生的脉冲稳定、精确。可获得的最低脉冲为32768Hz，本实验需要的是秒脉冲（1Hz），故需要将晶体振荡器产生的脉冲经过15级分频（可用四片74ls161级联实现）才能得到。单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器都可以直接产生1Hz的脉冲，但单稳态触发器和施密特触发器产生的脉冲是经过对波形的整形后得到的，需要输入波形。这显然增加了电路的复杂性。而多谐振荡器则不需要输入波形，直接选取合适的电阻和电容，接上5V的电源，就可以直接产生1Hz的脉冲。
状态3：主干道红灯亮，车辆禁止通行；支干道绿灯亮，车辆通行（80进制计数器由50到74）；
状态4：主干道红灯亮，车辆禁止通行；支干道黄灯亮，车辆缓行（80进制计数器由74到79）
交通灯按照这四种状态一次循环工作，要实现这一功能可以用触发器构成时序电路、移位寄存器和80进制计数器。本设计只需四个状态转换，用触发器构成的时序电路太复杂，而且不好实现。四个状态用移位寄存器74ls194也可以实现，只需一个cp就可以实现状态转换，但在其中要用到开关，不是全自动的，与设计初衷不符合。如果用80进制计数器，则完全可以实现电路的全自动。
因此，本实验选取多谐振荡器来产生秒脉冲。多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。用555实现多谐振需要外接电阻R1，R2和电容C，并外接+5V的直流电源。只需在+VCC端接上+5V的电源，就能在3脚产生周期性的方波。
多谐振荡器的工作原理如下：接通电后，它经过电阻 和 对电容C充电，当 上升略高于 时，比较器C1的输出为“0”，将触发器置“0”， 为“0”。这时， ＝1，放电管T导通，电容C通过 和T放电， 下降。当 下降略低于 时，比较器C2的输出为“0”，将触发器置“1”， 又由“0”变为“1”。由于 ＝0，放电管T截止， 又经过 和 对电容C充电。如此重复上述过程， 为连续的矩形波。
总体电路图………………………………………………………………………18
仿真结果…………………………………………………………………………19
问题与解决………………………………………………………………………20
第四章结束语…………………………………………………………………………21
第五章参考文献………………………………………………………………………21
题目………………………………………………………………………………………………4
摘要………………………………………………………………………………………………4
关键字……………………………………………………………………………………………4
设计要求…………………………………………………………………………………………4
第一章 系统论述
设计思路
本电路要求设计一个主干道绿灯45秒的交通灯控制系统，每次由绿灯变为红灯时应有5秒黄灯作为过渡，分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计时。因此，本设计需要一个脉冲产生模块、信号灯模块、数码显示模块和主控模块。脉冲产生电路用以驱动倒计时电路，置数电路将交通灯亮时间预置到计数电路中，信号灯模块对信号灯的各种状态进行循环控制，倒计时模块以基准时间秒为单位倒计时，数码管显示模块显示倒计时的时间，主控模块对电路的各个模块进行级联控制.其控制流程图如下：
R1≈Ω
R2≈Ω
C1≈100uF
C2≈
则T=（ +2* ）*C1*ln2=≈，其误差为％，对于交通灯的控制，这个精度已经完全符合要求，用多谐振荡器产生秒脉冲的电路图及其工作波形如下图所示：
本次设计的秒脉冲电路图本次设计的秒脉冲波形图
本设计中的倒计时模块的脉冲就运用此555构成的多谢振荡器产生的秒脉冲来驱动。
比较以上三种方案，方案一这个方案巧妙的利用移位寄存器的4种状态控制信号灯的4种状态，电路简单但在使用移位寄存器就不可避免的使用开关来控制S0，S1实现预置数和左右移，虽然简单，但要手动控制，不能自动启动；方案二全部使用数字电子技术，利用80计数器实现对其他计数器在工作时间上的控制，同时通过化简函数关系式和卡诺图化简实现74190自动置数和减法运算，电路虽然复杂，但逻辑关系清晰，单路一但启动可自动循环，不需要任何开关控制但是在后一计数器开始计数的时候并不能保证前一计数器停止工作。因此我们选择方案三来完成设计。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
第六章收获与体会……………………………………………………………………22
第七章元器件明细表…………………………………………………………………22
第八章鸣谢……………………………………………………………………………26
教师评语……………………………………………………………………………………27
【题目】简易交通信号灯控制器
本设计分为两大部分，交通信号灯以及译码显示电路（时间显示）部分由黄红涛同学和韩白雨同学负责主导设计；秒脉冲信号发生以及控制部分由任永刚同学负责，最后进过整合后得到完整系统。
由于缺少实践经验，并且知识有限，所以本次课程设计中难免存在缺点和错误，敬请老师批评指正。
黄红涛
2010年12月29日
前言………………………………………………………………………………………………2
本设计分为两个部分：第一部分是由定时器、时钟脉冲驱动和控制器组成的秒脉冲信号发生装置；第二部分是有译码器、发光二极管和数码管组成的交通信号灯以及时间显示装置。各部分采用分模块设计，正文中详细介绍了各模块的功能和原理。
为了完成本次设计，参阅了大量的资料，包括所用到的芯片的详细中英文资料。搜集和查阅资料是一个漫长但是非常重要的过程，获取各模块电路原理，然后经过讨论比较，结合课题要求，确定出一套最合适的方案。小组人员花费几天时间，通过图书馆和上网查阅资料，分别查阅到相应资料。经过商讨，结合现有资料，制定基本框架，并基本定出电路图。在MULTISIM软件里进行电路仿真，来验证电路的正确性。通过仿真来验证实验原理和电路的正确性。在整个过程中，充分发挥主观能动性，将平时所学的理论知识和实际相结合，往往理论可行的东西，实际并不一定能出现结果，这就是我们需要解决的问题，通过问老师或者查资料来分析解决问题。最后确定仿真没有错误后，汇总电路图。
正文………………………………………………………………………………………………5
第一章系统概述……………………………………………………………………………5
设计思路…………………………………………………………………………5
方案论证及原理框图……………………………………………………………5
第二章单元电路设计与分析……………………………………………………………7
主控电路模块
由于采用该方案，所以，电路控制模块就需要一个80进制计数器，而八十进制计数器的构成有多种方式，现有以下方案可以构成八十进制计数器：
1.采用74ls161级联形成八十进制计数器，其电路图如下：
2.采用74ls160形成八十进制计数器，其电路图如下：
虽然采用两种芯片都可以形成八十进制计数器，但是使用74ls160比较前者更加方便，它直接是十进制计数器，而后者是十六进制计数器，因此为了简化计算和电路设计，我们采用74ls160形成八十进制计数器，用于控制其他显示电路。
要实现“主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒”和“每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯作为过渡”，则80进制减计数器共有四个状态：
状态1：主干道绿灯亮，车道通行；支干道红灯亮，车道禁止通行（80进制计数器由0到44）；
状态2：主干道黄灯亮，车辆缓行；支干道红灯亮，车辆禁止通行（80进制计数器由45到49）；
秒脉冲发生器……………………………………………………………………7
主控电路模块……………………………………………………………………9
倒计时计数器模块………………………………………………………………13
交通灯显示模块…………………………………………………………………15
第三章系统综述…………………………………………………………………………18
方案二：用555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，分别给两个不同的电路循环提供刺激脉冲信号，然后用分别对支干道和主干道建立电路循环圈。 如下图所示当前一计数器倒计时结束时，产生进位脉冲来控制后一计数器开始工作，而此计数器自身停止工作。以此进行循环，就可以实现不同时刻电路的显示。
方案三：用555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，设计一个80位的计数器，同时，分别设计45位计数器，两个5位计数器，30位计数器，50位计数器，25位计数器。八十进制计数器的作用是实现对六个不同进制计数器的芯片选择，而其余六个计数器作为数码管的显示控制计数器，分别显示不同时刻的计数。其结构控制图如下所示：
长 安 大 学
电子技术课程设计
题 目简易交通信号灯控制器
班 级
姓名黄红涛指导教师温凯歌
日 期
前言
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯之后人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。因此，在本次课题为简易交通灯的课程设计中，通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础，引入了数字电路，将模拟信号转化为数字信号，利用了数字逻辑这一强大工具，同时还运用了Multisim软件对所设计电路进行了仿真。
【关键字】秒脉冲发生器减计数器主控电路译码电路数码显示管
【技术要求】
设计一个十字路口的红、绿、黄信号交通灯控制电路，计提要求如下：
1.实现定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；
2.每次由绿灯转为红灯时，应有5秒黄灯作为过渡ห้องสมุดไป่ตู้才能变换运行车道；
3.分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯；
4.每一种灯亮的时间都用显示器进行显示，并采用倒计时的方法。
第一个暂稳状态的脉冲宽度 ，即 从 充电上升到 所需的
（ ＋ ）Cln2＝（ ＋ ）C
第二个暂稳状态的脉冲宽度 ，即 从 放电下降到 所需的时间：
Cln2＝
振荡周期T= + ( ＋2 )C
振荡频率
占空比
由式可得,占空比大于总是>%50。若设占空比=%50，又知交通信号灯的振荡周期是1S，可得到本次所需要的元器件阻值：
方案论证及原理框图
根据以上分析，为了实现电路要求，我们可以有以下三个方案：
方案一：用555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，根据简单移位寄存器只有四个状态，与此时的正好完全相同，因此用移位寄存器构成系统的主控模块，驱动信号灯的显示和计数器的预置数，同时在主干道和支干道上各只需要一个计数器。根据不同时刻移位寄存器给计数器进行预置数，可以显示不同的倒计时，其控制结构图如下所示：
第二章单元电路设计与分析
秒脉冲发生器
秒脉冲发生器的选择
常见的能产生秒脉冲的期间有晶体振荡器、单稳态触发器、施密特触发器和多谢振荡器等。晶体振荡器产生的脉冲稳定、精确。可获得的最低脉冲为32768Hz，本实验需要的是秒脉冲（1Hz），故需要将晶体振荡器产生的脉冲经过15级分频（可用四片74ls161级联实现）才能得到。单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器都可以直接产生1Hz的脉冲，但单稳态触发器和施密特触发器产生的脉冲是经过对波形的整形后得到的，需要输入波形。这显然增加了电路的复杂性。而多谐振荡器则不需要输入波形，直接选取合适的电阻和电容，接上5V的电源，就可以直接产生1Hz的脉冲。
状态3：主干道红灯亮，车辆禁止通行；支干道绿灯亮，车辆通行（80进制计数器由50到74）；
状态4：主干道红灯亮，车辆禁止通行；支干道黄灯亮，车辆缓行（80进制计数器由74到79）
交通灯按照这四种状态一次循环工作，要实现这一功能可以用触发器构成时序电路、移位寄存器和80进制计数器。本设计只需四个状态转换，用触发器构成的时序电路太复杂，而且不好实现。四个状态用移位寄存器74ls194也可以实现，只需一个cp就可以实现状态转换，但在其中要用到开关，不是全自动的，与设计初衷不符合。如果用80进制计数器，则完全可以实现电路的全自动。
因此，本实验选取多谐振荡器来产生秒脉冲。多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。用555实现多谐振需要外接电阻R1，R2和电容C，并外接+5V的直流电源。只需在+VCC端接上+5V的电源，就能在3脚产生周期性的方波。
多谐振荡器的工作原理如下：接通电后，它经过电阻 和 对电容C充电，当 上升略高于 时，比较器C1的输出为“0”，将触发器置“0”， 为“0”。这时， ＝1，放电管T导通，电容C通过 和T放电， 下降。当 下降略低于 时，比较器C2的输出为“0”，将触发器置“1”， 又由“0”变为“1”。由于 ＝0，放电管T截止， 又经过 和 对电容C充电。如此重复上述过程， 为连续的矩形波。
总体电路图………………………………………………………………………18
仿真结果…………………………………………………………………………19
问题与解决………………………………………………………………………20
第四章结束语…………………………………………………………………………21
第五章参考文献………………………………………………………………………21
题目………………………………………………………………………………………………4
摘要………………………………………………………………………………………………4
关键字……………………………………………………………………………………………4
设计要求…………………………………………………………………………………………4
第一章 系统论述
设计思路
本电路要求设计一个主干道绿灯45秒的交通灯控制系统，每次由绿灯变为红灯时应有5秒黄灯作为过渡，分别用红、黄、绿三色发光二极管表示信号灯，并用数码管显示倒计时。因此，本设计需要一个脉冲产生模块、信号灯模块、数码显示模块和主控模块。脉冲产生电路用以驱动倒计时电路，置数电路将交通灯亮时间预置到计数电路中，信号灯模块对信号灯的各种状态进行循环控制，倒计时模块以基准时间秒为单位倒计时，数码管显示模块显示倒计时的时间，主控模块对电路的各个模块进行级联控制.其控制流程图如下：
R1≈Ω
R2≈Ω
C1≈100uF
C2≈
则T=（ +2* ）*C1*ln2=≈，其误差为％，对于交通灯的控制，这个精度已经完全符合要求，用多谐振荡器产生秒脉冲的电路图及其工作波形如下图所示：
本次设计的秒脉冲电路图本次设计的秒脉冲波形图
本设计中的倒计时模块的脉冲就运用此555构成的多谢振荡器产生的秒脉冲来驱动。
比较以上三种方案，方案一这个方案巧妙的利用移位寄存器的4种状态控制信号灯的4种状态，电路简单但在使用移位寄存器就不可避免的使用开关来控制S0，S1实现预置数和左右移，虽然简单，但要手动控制，不能自动启动；方案二全部使用数字电子技术，利用80计数器实现对其他计数器在工作时间上的控制，同时通过化简函数关系式和卡诺图化简实现74190自动置数和减法运算，电路虽然复杂，但逻辑关系清晰，单路一但启动可自动循环，不需要任何开关控制但是在后一计数器开始计数的时候并不能保证前一计数器停止工作。因此我们选择方案三来完成设计。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
第六章收获与体会……………………………………………………………………22
第七章元器件明细表…………………………………………………………………22
第八章鸣谢……………………………………………………………………………26
教师评语……………………………………………………………………………………27
【题目】简易交通信号灯控制器
本设计分为两大部分，交通信号灯以及译码显示电路（时间显示）部分由黄红涛同学和韩白雨同学负责主导设计；秒脉冲信号发生以及控制部分由任永刚同学负责，最后进过整合后得到完整系统。
由于缺少实践经验，并且知识有限，所以本次课程设计中难免存在缺点和错误，敬请老师批评指正。
黄红涛
2010年12月29日
前言………………………………………………………………………………………………2
本设计分为两个部分：第一部分是由定时器、时钟脉冲驱动和控制器组成的秒脉冲信号发生装置；第二部分是有译码器、发光二极管和数码管组成的交通信号灯以及时间显示装置。各部分采用分模块设计，正文中详细介绍了各模块的功能和原理。
为了完成本次设计，参阅了大量的资料，包括所用到的芯片的详细中英文资料。搜集和查阅资料是一个漫长但是非常重要的过程，获取各模块电路原理，然后经过讨论比较，结合课题要求，确定出一套最合适的方案。小组人员花费几天时间，通过图书馆和上网查阅资料，分别查阅到相应资料。经过商讨，结合现有资料，制定基本框架，并基本定出电路图。在MULTISIM软件里进行电路仿真，来验证电路的正确性。通过仿真来验证实验原理和电路的正确性。在整个过程中，充分发挥主观能动性，将平时所学的理论知识和实际相结合，往往理论可行的东西，实际并不一定能出现结果，这就是我们需要解决的问题，通过问老师或者查资料来分析解决问题。最后确定仿真没有错误后，汇总电路图。
正文………………………………………………………………………………………………5
第一章系统概述……………………………………………………………………………5
设计思路…………………………………………………………………………5
方案论证及原理框图……………………………………………………………5
第二章单元电路设计与分析……………………………………………………………7
主控电路模块
由于采用该方案，所以，电路控制模块就需要一个80进制计数器，而八十进制计数器的构成有多种方式，现有以下方案可以构成八十进制计数器：
1.采用74ls161级联形成八十进制计数器，其电路图如下：
2.采用74ls160形成八十进制计数器，其电路图如下：
虽然采用两种芯片都可以形成八十进制计数器，但是使用74ls160比较前者更加方便，它直接是十进制计数器，而后者是十六进制计数器，因此为了简化计算和电路设计，我们采用74ls160形成八十进制计数器，用于控制其他显示电路。
要实现“主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒”和“每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯作为过渡”，则80进制减计数器共有四个状态：
状态1：主干道绿灯亮，车道通行；支干道红灯亮，车道禁止通行（80进制计数器由0到44）；
状态2：主干道黄灯亮，车辆缓行；支干道红灯亮，车辆禁止通行（80进制计数器由45到49）；
秒脉冲发生器……………………………………………………………………7
主控电路模块……………………………………………………………………9
倒计时计数器模块………………………………………………………………13
交通灯显示模块…………………………………………………………………15
第三章系统综述…………………………………………………………………………18
方案二：用555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，分别给两个不同的电路循环提供刺激脉冲信号，然后用分别对支干道和主干道建立电路循环圈。 如下图所示当前一计数器倒计时结束时，产生进位脉冲来控制后一计数器开始工作，而此计数器自身停止工作。以此进行循环，就可以实现不同时刻电路的显示。
方案三：用555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，设计一个80位的计数器，同时，分别设计45位计数器，两个5位计数器，30位计数器，50位计数器，25位计数器。八十进制计数器的作用是实现对六个不同进制计数器的芯片选择，而其余六个计数器作为数码管的显示控制计数器，分别显示不同时刻的计数。其结构控制图如下所示：
长 安 大 学
电子技术课程设计
题 目简易交通信号灯控制器
班 级
姓名黄红涛指导教师温凯歌
日 期
前言
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯之后人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。因此，在本次课题为简易交通灯的课程设计中，通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。