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江西工业贸易职业技术学院Jiangxi Vocational Technical College of Industry & Trade毕业论文 2021 2021 年题 目： 交通信号灯课题设计 专 业： 机械制造与自动化 学 号： 学生姓名： 宋小亮 指导教师： 胡雪松 1引言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。城市交通根底设施供应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平安带来了极大的损失。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和群众的迫切呼声。探究城市交通开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根本标志之一，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局部。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。伴随着社会的开展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断增加。Multisim10是一款知名的EDA仿真软件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows环境下，Multisim10软件有一个完整的集成化设计环境，它将原理图的创立、电路的测试分析、结的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。在搭建实际电路之前，采用Multisim10仿真软件进行虚拟测试，可使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，使实验内容更完备，提高了实验效率，节省大量的实验资源。Multisim10软件进行设计仿真分析的根本步骤为：设计创立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。因此本次课设能深入了解交通信号灯的应用原理，更好的掌握所学知识，将理论联系实际，而且在实际操作中培养自己的实际动手能力，将理论应用与实际生活中。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、存放器芯片的作用。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，这就需要一个平安、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20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，那么某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。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。南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置手动开关，用手动开关控制白天和夜间工作方式。2系统总体的方案及设计要求交通灯逻辑信号灯简易电路设计要求实现逻辑功能：1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间20s。2、东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮，时间5s。3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间40s。4、发生紧急情况可以手动控制。1、查找常用器件的资料 表2-1 常用器件的资料型号中文名称74LS74N双D触发器74LS10N三输入与非门74LS00N二输入与非门74132N或门74LS192N十进制减法计数器74LS08N与门74LS161N十六进制计数器74LS04D非门DCD HEX数字显示器555_VIRTUAL Time555定时器74LS27D或非门74LS27D三输入或非门2、设计仿真电路并得到仿真结果3、 2021.07.06完成课程设计说明书。 3、简易交通灯控制逻辑电路设计主电路状态与指示灯状态转换表3-1主电路状态与指示灯状态转换主电路状态S1RS1GS2YS3RS3GS111000S200100S300011S410010灯数南北R2东西G2东南西北Y4东西R2南北G2根据表3-1可知，设计电路只需要5组输出端控制指示灯，指示灯都是以2个或4个一组。总计需要个灯。3.3 输出指示灯状态设计显示电路图3-1 显示电路R=红,Y=绿,G=黄.4 主电路设计 电路状态转换 、主电路实现S1S2S3状态的转换，红灯绿灯黄灯红灯、另外可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。实现、可以用触发器。、实现S120S，S24S，S320S 电路的调试1、夜晚和白天工作是通过J1，J4，J5，J6调试的。图4-1 单刀双掷开关J4 上拉 夜间工作状态，下拉，白天工作；J5上拉 白天工作状态；J6左拉 夜间工作状态，右拉 白天工作状态；J7左拉 夜间工作状态，右拉 白天工作状态2、使用2个D触发器，实现4分频。图4-2 四分频分频器3、脉冲发生器多谐振荡器图4-3 555定时器组成的多谐振荡器5电路工作原理及元器件5.1 74LS161N状态装换表表5-1 74LS161N状态转换表74LS161Q1Q2Q3Q4000000010011010001010110100010011010111110011015.2 主要芯片及功能5.2.1 74LS161管脚图及功能图5-1 74lsLS161管脚图时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)表5-2 74ls功能表输 入输 出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3 Q2Q1Q00000010dcbadcba110Q3 Q2Q1Q0110Q3 Q2Q1Q01111状态码加1从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0，这个时候为异步复位功能。当CR=“1且LD=“0时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制计数器。5.2.2 74LS192功能表 表5-3 74LS192的功能表输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加计数011减计数5.2.3 555定时器结构图及功能表当uil(2/3)Vcc,ui2(1/3)Vcc时，放电晶体管VT导通，输出端uo为低电平。当uil(2/3)Vcc,ui2(1/3)Vcc时，电路亦保持原状态不变。如果在电压控制端5脚施加一个外加 电压其值在0Vcc之间，比拟器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化， 进而影响电路的工作状态。表5-3 555 定时器功能表5.2.4 其它芯片符号图5-474132N,7400N,7474N芯片符号单刀双掷开关，电容，电阻数字显示器交通灯分为绿，黄，红图5-5 电路元件图图5-6 总仿真电路图6仿真技巧仿真过程中遇到了很多的问题，在遇到问题后根据除出现的情况按照逻辑表进行调整。使用Multisim 的一些技术或仿真中的事项标记如下：1、单刀双掷开关：2、Multisim 中有红绿黄三种颜色的灯，红绿灯需要红绿黄三色。3、接线问题：开关的上下接入电路要认识它的原理及功用。当且仅当元件、结点不移动的情况下，连线不移动，新接连线会自动调整可用鼠标移动到线上拖动，假设线上出现小方框，说明线太密，不能移动。4、元器件的找寻可以按类别查找。5、不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行注意数字地与模拟地的差异，使用标准符号LED数码管的极性分模块调试，最后综合调试。7结论与心得一周的实习就是将从课本上的知识应用于实践中，数字电路设计就是很好的实践。在简易交通灯控制系统设计中，充分的表达了动手能力和对课本知识的掌握程度，以及一些方法。分析问题解决问题的。这其中遇到了很多问题，如：如何设计单脉冲的产生电路，通过查阅课本及相关资料，选用了RS触发器。实习中更是将各个芯片的功能状态系统的学习了一遍，熟练的用它们实现所需的功能。这次课程设计让我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，还要把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。不过在所遇的问题处理过程中有成功也有失败，但这却实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到了成功的喜悦。Multisim 10是一款知名的EDA仿真软件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows环境下，Multisim 10软件有一个完整的集成化设计环境，它将原理图的创立、电路的测试分析、结的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。在搭建实际电路之前，采用Multisim 10仿真软件进行虚拟测试，可使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，使实验内容更完备，提高了实验效率，节省大量的实验资源。Multisim 10软件进行设计仿真分析的根本步骤为：设计创立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Multisim 10仿真。n 取用元件： 从元器件库中取用所需元件；n 摆放元件： 调整元件的位置与方向；n 线路连接： 连接元件的引脚。仪表库操作图8-1 界面n 取用元件： 从元器件库中取用所需元件；n 摆放元件： 调整元件的位置与方向；n 线路连接： 连接元件的引脚。仪表库操作图8-2 元器件库不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行注意数字地与模拟地的差异，使用标准符号LED数码管的极性，分模块调试，最后综合调试参考文献3 阎石主编数字电子技术根底第五版北京：高等教育出版社，20214 付家才电子工程实践技术北京：北京工业出版社，20035 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，20014 丁润涛主编电子工程手册北京：机械工业出版社，19955 唐赣主编Multisim 10&Ultiboard 10原理图仿真与PCB设计北京：电子工业工业出版社，20216 郭锁利主编基于Multisim 9的电子系统设计、仿真与综合应用北京：人民邮电出版社，2021
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