交通灯课程设计报告

课程设计报告 设计课题：交通控制灯 专业:电子信息工程 班级：. 姓名：. 学号： 指导老师：一、设计要求（一）设计指标（二）设计要求（三）制作要求（四）编写设计报告二、原理框图三、单元电路设计四、设计步骤及方法五、总结六、心得体会交通灯控制的设计交通灯控制电路是通过采用数字电路设计的，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新方法，指挥各种车辆和行人的安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。设计要求（一）设计指标1.为十字交叉路口设计两组信号灯控制，每组有红，绿，黄三色信号灯显示。各干信号灯顺序为：红绿黄红绿（二）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；3、电路仿真与调试；（三）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。（四）便携设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会二、原理框图交通灯控制系统的原理框图如下图所示。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。 交通灯控制系统的原理框图图中： TL: 表示甲车道绿灯亮的时间间隔为60秒，乙车道绿灯亮的时间为50秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。三、单元电路设计（一）定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图12、3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12.2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。电路的工作原理请自行分析。图12、3 74LS163的外引线排列图和时序波形图（二）控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表12、3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1= 00状态时，如果TL= 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1= 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。图12、4 定时器电路图 表12.2 74LS163功能表表12.3 控制器状态转换表 状态转换表根据表12.3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输入或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（ ）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图12.5所示。图中R、C构成上电复位电路 。图 12、5控制器逻辑图（三）译码器译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。三、单元电路设计1.1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 图1.1交通灯运行状态分析图 1.2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。脉冲电路分频电路倒计时电路显示器状态控制电路灯显示电路电源电路供电 图1.2交通灯控制电路功能模块框图 2.1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2.1稳压电源总电路图 四、元器件五、总结交通灯的设计心得体会总结 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。通过这次课程设计，我掌握了NI Multisim软件的使用方法，了解了红绿灯的实际控制过程，以及如何提高电路的性能等等。