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1、机械与电子工程学院课程设计报告课 程 名 称 数字电子技术基础 设 计 题 目 交通信号灯控制器 所学专业名称 自动化 班 级 105 学 号 2010210398 学 生 姓 名 李胜新 指 导 教 师 程学彩 2012年 5 月25 日机电学院数电课程设计任 务 书设计名称： 交通信号灯控制器 学生姓名： 李胜新 指导教师： 程学彩 起止时间：自 2012 年 5 月 12 日起 至 2012 年 6 月 2 日止一、课程设计目的这次的课程设计主要是要综合了解与运用所学的知识，通过这次的课程设计来检测这一学期所学的知识。通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。交
2、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，在每个交叉路口都需要有一个准确的间间隔和转换顺序，这就需要有一个安全、自动的系统对红、黄、绿灯的转换进行管理。本次的设计就是基于此目的而设计的。二、课程设计任务和基本要求设计任务：1东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。2东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。3南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。4如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后能恢复正常。基本要求：1. 能够实现设计任务的基本功能；3.运用数字电子技术的理论设计、制定实验方案，并撰写课程设计
3、论文要求符合模板的相关要求，字数要求3000字以上。一、 摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器
4、、脉冲信号发生器组成。关键词：计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器二、 方案选择及论证根据设计任务与要求,我们可以知道这个交通灯的设计是分主次干道的,两个方面的时间是不同的,东西方向通行15s,南北方向10s,这就要求我们要有两个计数器,根据我自己的经验,东西方向通行15s完,倒计时数字显示器会显示到0,然后切换到南北方向通行10s完之后, 倒计时数字显示器也会显示到0之后然后切换到南北方向,这样如此循环,这样的话我们就要设计一个16进制和一个11进制的计数器,根据我们所学和知识,可以用两片74192芯片来构成对应进制的计数器,由于是15和10之间循环切换,我们可以用利用JK触发器
5、的翻转功能来实现两种进制计数器之间的切换;当然还有每个方向倒计时只有5s时,黄灯闪,一直到0为止,由于黄灯是当两个计数器倒计时到5时开始闪,我们就可以在这时发出一个脉冲然后一直保持到0,或者是接收05这段时间的脉冲都可以控黄灯只在到了这段时间才亮;还有就是一个紧急开关,我们可以控制在出现紧急情况时使用清零端使之清零,并且红灯直接接到电源,使之一直处于亮的状态。1. 方案一采用1个双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。输出端Q0接绿灯2，Q1接黄灯2，再将Q0与Q1相或接红灯1。首先将Q0置为1，Q1、Q2、Q3置为0，使绿灯2与红灯1先亮，接着进行移位，使黄灯2和红灯1亮。同样的，将
6、Q2、Q3分别接绿灯1和黄灯1，Q2、Q3相或接红灯2，实现另一路交通灯的控制。倒计时计数电路，此方案采用2片74LS192来实现。将绿灯1与绿灯2相或接到74LS192的LD端，通过对74LS192置数“0010，0000”（20）来实现绿灯的倒计时计数。对于显示电路，此方案采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。采用2片74LS161以及若干与门、与非门、或门来实现延时电路。此部分采用32进制，首先输出一个脉冲，延时为20秒，接着输出另一个脉冲，延时为10秒，此时，将Y2通过非门连接到74LS161的CR端，来实现清零功能。使用电路选取前30种状态，将后两
7、种状态排除，实现交通灯30秒的计时功能（绿灯20秒+黄灯10秒）。该部分功能完成之后，将Y1与Y2相或，接到状态控制电路2.方案二 采用2双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。首先对其进行置数，将Q0的值置为1，Q1、Q2、Q3的值置为0，将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，接到红灯2，将Q2接到黄灯1。同样的，将低位的74LS194的Q0-Q1端接到相应的交通灯上，接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，实现状态控制电路。倒计时计数电路，此方案采用4片74LS192来实现，一路绿灯用2片74LS192实现。将绿灯1和绿灯2分别接到74LS192的LD端，将其置数为“
8、0010，0000”（20），来实现绿灯的倒计时计数功能。显示电路则采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。采用1片74LS161以及一个与非门来实现延时电路，此部分电路相当于将1HZ的CP放大10倍，接到状态控制电路。电路原理图如下所示：由于方案一中用到的芯片多，做起来不容易故选择方案二。三、 单元电路设计1.时序脉冲产生和分频电路(a) 电路原理图 时序脉冲产生电路原理图(b) 功能说明 时序电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分，因为数字电路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作。根据应用场合的不同，不同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。因为交通灯控制
9、系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。2.倒计时计数电路（a）电路原理图（b) 功能说明 倒计时计数电路主要由计数器构成，它在整个系统设计中的作用是实现计时计数，在此我选用减法计数器，因为本设计说明计时时间可预设，所以需要可预置数的计数器，综合以上要求，采用74LS192。当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。首先，将数码管显示一路绿灯的预值（20秒），预值：0010，0000；当其减到0时，计数器产生借位，此时绿灯灭。直到此绿灯再次亮时，重复上述转换功能，实现倒计时计数。将绿灯的输出接到芯片的LD端，实现倒计时计数，CR端置0；CPD接1HZ的脉冲信号。Q3、Q
10、2、Q1、Q0端分别接显示74LS48的A3、A2、A1、A0端。3. 状态控制电路（a) 电路原理图 状态控制电路原理图（b) 功能说明 74LS194为双向移位寄存器，当M1M0置为“11”时，首先对其进行置数，将Q0的值置为1，其余的置为0，再将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，送给红灯2，Q2送给黄灯1；同样的，将低位的74LS194的Q0-Q3端接到相应的交通灯。接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，通过与或门芯片74LS32连用，实现交通灯循环亮灯的控制功能。4. 显示电路（a) 电路原理图（b) 功能说明74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。它具有
11、集电极开路输出结构，可以直接驱动共阴极数码管。因此，我选用74LS48来实现此部分功能。 将74LS48的4个输入端A3、A2、A1、A0分别与计数器74LS192的输出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再将它的7个输出端接到数码管对应的引脚上，用来控制七段LED显示器的7个发光段。通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。四、 器件清单 实验箱一台 双向移位寄存器74LS194 2片 计数器74LS192 4片 74LS161 、74LS32 、74LS04 各1片 74LS48 4片 震荡芯片555 1片 51K、36K、3K电阻器各一个 10UF、0.01UF电容器各一个 LED 4个五、 总结
12、 经过一周的努力，我终于完成关于交通灯控制电路的电子课程设计，通过一周不断的查资料让我积累了许多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用，我深刻体会到了数子电路技术对当今现代社会的重要作用。 经过这次设计，我学会了许多东西，学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实际行动之中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际性的问题还不能够解决，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏些高效利用及筛选大量资料的能力，缺乏资源共享及应有的团队合作精神，有待进一步提高，我应当学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。 在这次课程设计中，我学会了如何有效的利用网络资源及图书馆的藏书，找到了几个很不错的专业网站，为以后的查阅专业方面的信息和相互之间的交流打下了坚实的基础，学会了如何看电路图，识别电路图，提高了自己的专业技能，同时也培养了自己独立解决实际问题的能力，也培养了自己认真和严谨的科学态度，收到了很大的启发，为以后的工作积累了些宝贵的经验。六、 参考文献1阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社2吴承启、林其斌。电子技术基础实验.中国科学技术大学出版社