数字电子技术课程设计——交通灯控制电路设计与仿真

电子技术课程设计报告——交通灯控制电路设计与仿真

上海大学机自学院自动化系

电气工程及其自动化专业

姓名:楼雨

学号:13122553

指导老师:徐昱琳

2015年6月26日

目录

一、课程设计名称 (3)

二、课程设计目的 (3)

三、课程设计用途 (3)

四、主要技术指标 (3)

五、电路设计步骤 (4)

5.1 交通灯逻辑功能分析 (4)

5.2 交通灯系统框图及方案特点 (5)

5.3 交通灯电路设计 (6)

5.3.1秒脉冲信号发生单元 (6)

5.3.2 计时电路 (9)

5.3.3 控制电路 (11)

5.3.4 显示电路 (14)

六、总电路图 (15)

七、仿真结果 (15)

八、课程小结 (17)

电子技术课程设计报告（数字部分）

一、课程设计名称

交通灯控制电路设计与仿真

二、课程设计目的

1.巩固和加深对本课程基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

2.培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册和文献资料的能力。

3.学会对实际电路方案进行分析比较、计算，选取元件、软件调试等环节的实施方法。

4.学会运用仪器设备，寻找故障，从中分析解决办法，以使测试电路装置达到技术指标。

5.学会按设计任务书的要求，编写设计说明书

三、课程设计用途

在十字路口，四面都悬挂着红、黄、绿三色交通信号灯，它是不出声的“交通警察”。红绿灯是国际统一的交通信号灯。红灯是停止信号，绿灯是通行信号。交叉路口，几个方向来的车都汇集在这儿，有的要直行，有的要拐弯，到底让谁先走，这就是要听从红绿灯指挥。红灯亮，禁止直行或左转弯，在不碍行人和车辆情况下，允许车辆右转弯；绿灯亮，准许车辆直行或转弯；黄灯亮，停在路口停止线或人行横道线以内，已经继续通行；黄灯闪烁时，警告车辆注意安全。本次设计任务就是基于Multisim软件仿真平台的交通灯控制电路设计与仿真。

四、主要技术指标

①一般情况下，保持主干道畅通，主干道路灯亮、支干道红灯亮，并且主干

道灯亮的时间不少于60 S；

②当主干道绿灯亮超过60 S，且支干道有车时，主干道红灯亮，支干道绿

灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S；

③每次主干道或支干道绿灯亮变红灯时，黄灯先亮5S。

五、电路设计步骤

5.1 交通灯逻辑功能分析

图1十字路口的平面位置示意图

上图表示位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，支干道两边安装传感器S，要求优先保证主干道的畅通。平时处于主干道绿灯、支干道红灯的状态。当支干道有车时，传感器发出信号S=1，主干道绿灯先转换成黄灯、再变成红灯，支干道由红灯变成绿灯。

图1是一个典型的十字路口的平面位置示意图：有主干道和支干道两条道路，每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。主干道与支干道上的车辆交替运行，主干道上的车辆比较多，因此主干道的车辆通行时间长，支干道上的车辆少，因此支干道的车辆通行时间短。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60 s；支干道通行时，主干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30 s。每次绿灯变红时，黄灯先闪烁5 s。此时另一路口的红灯不变。基于以上规则设计的交通控制器控制十字路口两组红、黄、绿交通信号灯的状态转换，可以方便地实

现指挥各种车辆和行人通行实现十字路通管理的自动化。

结合上述描述可得一下四种情况：

图2 主干道绿灯，支干道红灯S0图3 主干道黄灯，支干道绿灯S1

图4 主干道红灯，支干道绿灯S2图5 主干道红灯，支干道黄灯S3由题意可得，①一般情况下，保持主干道畅通，主干道路铝灯亮、支干道红灯亮（图2），并且主干道灯亮的时间不少于60 S；

②当主干道绿灯亮超过60 S，且支干道有车时，支干道维持红灯亮，主干道黄灯亮（图3），持续5S；

③S1状态结束后，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，但支干道绿灯亮的时间不得超过30S；

④S2状态结束后，支干道黄灯亮，主干道维持红灯亮，持续5S后再返回S0状况循环。

5.2 交通灯系统框图及方案特点

交通灯控制系统的实现方案有很多，但一般而言，整个系统需要由以下几个

模块构成：状态控制单元、状态译码单元、秒脉冲信号发生单元、译码单元以及控制状态控制单元的可预置减法计数器等，而且还需要置数控制单元。

这个系统由控制器和处理器组成，控制器接收外部系统时钟和传感器信号。处理器由定时器和译码显示器组成。定时器能向控制器发出60 s 、30 s 或5 s 定时信号，译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号。根据题目要求画出系统框图：

图6 交通灯系统框图

TL ：主干道绿灯亮的最短时间间隔，不少于60 s 。

TS ：支干道绿灯亮的最长时间间隔，不多于30 s 。

TY ：主干道或支干道黄灯亮的时间间隔，为5 s 。

本方案特点鲜明：交通灯智能化，用智能来提升生活品质。

5.3 交通灯电路设计

5.3.1秒脉冲信号发生单元

555

v V 2 3 V 1 3 v

电路第一暂态，输出为1。电容充电，电路转换到第二暂态，输出为0。

电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态。

事实上，在Multisim平台中，可自动生成频率、幅度已知的信号，如下图所示。

图7 100HZ时钟信号

分频电路设计：74LS192是同步可拟计数器，具有双时钟输入、清除和指数等功能，其引脚图及功能表如下。74LS192是同步十进制计数器，将它们级联可构成同步一百进制计数器。