十字路口交通管理控制器的设计

专业课程设计说明书课题名称： 十字路口交通管理控制器的设计 姓名及学号： 任启明 20906022042 王成智 20906022052 杨洋 20906022071 张路 20906022078 专业班级： 2009级电本2班 成 绩： 指导教师： 孙剑 课题工作时间： 2012年9月20日10月30日 黄山学院教务处制一、课程设计的任务基本要求：在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。本课程设计的任务就是设计一个交通灯的控制系统。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。具体设计任务如下： 1熟悉交通灯的工作原理； 2写出交通灯控制器的设计方案；3用硬件加以实现；4写课程设计报告。设计要求：设计一个主干道和支干道十字路口的交通灯控制电路。要求： 1东西方向车道和南北方向车道两天交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为45s，时间可设置修改； 2绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s，而且每秒闪亮一次，才能变换车道运行； 3除红绿灯外，每一种灯亮的时间都用显示器采用倒计时方式进行显示。 指导教师签字： 教研室主任签字： 年 月 日 年 月 日二、进度安排：第12天：查找资料，熟悉十字路口交通管理控制器的设计原理，给出设计总体方案；第23天：各模块的详细设计；第34天：连接仿真电路图和调试；第45天：写课程设计报告。三、收集资料及主要参考文献:1 阎石数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，2010160342.2 康华光电子技术基础（数字部分）M北京：高等教育出版社，200750120.3 付家才电子工程实践技术M北京：化学工业出版社，2003132170.4 周泽义电子技术实验M武汉：武汉理工大学出版社，2009 91107.5Multisim10&Ultiboard10原理仿真与PCB设计 电子工业出版社6Multisim10虚拟仿真和业余制版实用技术 黄培根编著 电子工业出版社7Multisim9入门及应用庄俊华主编 机械工业出版社四、中文摘要 本文介绍了一款基于74系列芯片的十字路口交通管理控制器的设计，根据指导老师要求的功能的设计思路，详细讲述了从使用电脑Multisim仿真技术设计，到独立完整的设计电子电路的过程，并简单阐述了设计的基本原理和面对不同时间倒计时的转换、红绿灯定时交替亮灭等问题的解决方案。关键字：74系列芯片；交通管理；Multisim仿真技术；倒计时五、英文摘要This paper describes the design of intersections traffic management controller based on a series of 74 chip. According to the instructor functionality of design ideas,detail from using computer simulation technology of Multisim, To the independent and complete process of designing electronic circuits, and simply set out the basic principles of design and solutions of issues such as conversion of different time countdown and traffic light timing alternating light and death. Keywords: a series of 74 chip; traffic management; simulation technology of Multisim; countdown六、成绩评定：指导教师评语： 指导教师签字：年 月 日项目评价项目评价文献综述工作量、工作态度实践能力分析、解决问题能力质量创新得分七、答辩记录八、答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）： 年 月 日总评成绩：（教师评分75%+答辩成绩25%）目录引言11、功能要求12、电路设计12.1 信号灯的装换22.2 倒计时计数器32.3 倒计时计数器与信号灯转换器的连接33电路multisim仿真54.仿真结果54.1开关的作用54.2仿真结果55分析总结7参考文献：76引言城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过，都设有指挥信号灯。交通信号灯的出现，使交通得以有效地管制，对于疏导交通、减少交通事故有明显的效果。现有2条主干道汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红、黄、绿3色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。1、功能要求2.1东西方向车道和南北方向车道两天交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为45s，时间可设置修改；2.2 绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s，而且每秒闪亮一次，才能变换车道运行；2.3 除红绿灯外，每一种灯亮的时间都用显示器采用倒计时方式进行显示。2、电路设计S0：东西方向车道的绿灯亮，车道通行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行； S1：东西方向车道的黄灯亮，车辆缓行；南北方向车道的红灯亮，车道禁止通行；S2：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车辆通行；S3：东西方向车道的红灯亮，车道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车辆缓行；用以下六个符号分别代表东西（A）、南北（B）方向上各灯的状态：GA=1：东西方向车道的绿灯亮；YA=1：东西方向车道的黄灯亮；RA=1：东西方向车道的红灯亮；GB=1：南北方向车道的绿灯亮；YB=1：南北方向车道的黄灯亮；RB=1：南北方向车道的红灯亮。2.1 信号灯的装换设编码状态为S0=00、S1=01、S2=11、S3=10，其输出为Q1、Q0表2-1 状态编码与信号灯关系表由表1可以得出信号灯状态的逻辑表达式： = = = = = =由特性方程：= + = += J+ 可得 =，=；=，=按以上分析连接电路： 图2-1 信号灯的连接电路2.2 倒计时计数器计数器选用集成电路74190。74190是十进制同步可逆计算器，具有异步并行置数功能、保持功能。由于74190没有专用的清零输入端，要借用、的输出数据间接的实现清零功能。功能表如下： 表2-2 74190的功能表要实现45s的倒计时，需选用两个74190芯片级联成一个从99到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器，再把个位数74190芯片输出端、用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9，0（0000）和9（1001）之间的、同时由0变为1，把、与起来接在十位数74190芯片的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。预置数功能功能：用8个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为199。断开相当于接0，合上相当于接1。按照表2，CTEN端接低电频，加/减计数控制端D/U接高电频实现减计数，预置端LOAD接高电频时计数，接低电频时预置数。因此，工作开始时，LOAD为0，计数器预置数，置完数后，LOAD变为1，计数器开始倒计时，当倒计时减为00时，LOAD又变为0，计数器又预置数，如此循环下去。此功能可以借助两个4输入的或非门连接，然后再用一个与非门连接来完成。连接后电路图如图（2-2）所示：2.3 倒计时计数器与信号灯转换器的连接倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号T5和定时信号T0以实现信号灯的转换。T0表示倒计时减到00（即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转变，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把个位、十位计数器的输出端、分别用一个4输入或非门连起来，再把这两个4输入或非门的输出用一个与门连起来。T5表示倒计时减为05时，给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转变，绿灯变黄灯，红灯不变。接法为：当减到数05时，把十位计数器的输出端、分别用一个4输入或非门连起来，个位计数器的输出端、用一个两输入或非门连起来，再把两个或非门与个位计数器的输出端、用一个四输入与门连起来。最后将T5和T0两个定时信号用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。电路图如图（2-3）所示： 图2-2 计数器的连接电路图 图2-3 总电路连接图3电路multisim仿真单击启动按钮，打开开关，东西方向车道绿灯亮，南北方向红灯亮。显示器从预置数45s减到5s时，绿灯转换为黄灯，红灯不变，且黄灯每秒闪一次；减到一秒时，预置数，东西方向车道红灯亮，南北方向绿灯亮，如此循环下去。4.仿真结果4.1开关的作用 J1J8是用来控制其倒计时的时间长短J1J4是控制的十位数字，J5J8控制的是个位数字。即当开关J1接通时其倒计时间为80秒。图4-1 开关状态图4.2仿真结果4.2.1.J2接通时。 图4-2 开关J2接通电路图4.2.2数码管显示的时间图4-3 数码显示管4.2.3灯的亮灭情况图4-4 主干道灯的亮灭情况和数码管显示的倒计时数字图4-5 主干道灯的亮灭情况和数码管显示的倒计时数字 图4-6 次主干道灯的亮灭情况和数码管显示的倒计时数字图4-7 次主干道灯的亮灭情况和数码管显示的倒计时数字5分析总结通过这次课程设计，我学到了好多东西。首先是加深了对课本基础知识的理解，其次，通过查阅相关书籍，上网搜索相关资料。拓展了自己的知识范围，了解芯片的功能与使用，Multisim软件中有好多东西都是这次课程设计中自己学会的。当然，在设计电路过程中也会遇到一些麻烦，比如刚开始时，计数器显示器读秒太慢，改了脉冲信号后才恢复正常；交通灯本来用发光二极管和电阻组成代替，连接相对复杂些，连错了，导致仿真时东西方向除红灯外都不亮，南北方向绿灯亮了45s，然后转换为黄灯，再亮45s，红灯不亮；后来改成指示器，东西方向和南北方向的黄灯仅有其中一个会亮，也是改了脉冲信号后，信号灯才正常显示。不过，解决问题过程让能我更好的学习。参考文献：1实用电子控制电路 方大千、鲍俏伟 编著 国防工业出版社 2基于Multisim10的电子仿真实验与设计 王连英主编 北京邮电大学出版3数字电子技术（电子信息工程教科书4电工学（下册） 高等教育出版社5Multisim10&Ultiboard10原理仿真与PCB设计 电子工业出版社6Multisim10虚拟仿真和业余制版实用技术 黄培根编著 电子工业出版社7Multisim9入门及应用庄俊华主编 机械工业出版社8网上查阅