数电课程设计-交通信号灯的自动控制.doc

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1、课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:自动化工程学院班 级:测控091题 目:交通信号灯的自动控制指导教师： 职称: 2011 年 7 月 13 日引言： 随着城市人口的增多和汽车的增加，城市交通问题日益突出。在许多大城市，由于过量的汽车，经常导致交通阻塞，交通事故频繁。交通问题已经给城市社会经济发展带来了严重影响。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。同时也随着城市机动车量的不断增加，相对于道路网的承载力来说，汽车数

2、量过多，诱发了交通阻塞问题。从某种程度上说，交通阻塞是汽车社会的产物。在人们上下班的高峰期，交通阻塞现象尤为明显，在很多大城市中心区，高峰期交通速度仅有每小时16km。交通阻塞导致时间和能源的严重浪费，影响城市经济的效率。大城市圈内的汽车道路还在继续建设，汽车数量也进一步增加，道路的建设和汽车的增加有可能形成恶性循环，导致更为严重的交通阻塞。许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，交通事故是许多大城市存在的日趋严重的问题。实际上，还有大量非致命交通事故。交通事故不但导致了对贵重医疗设施需求的增加，而且使受伤者痛苦不堪。据统计，仅1978年，美国就有52 653人死于机动车事故

3、。因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，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。而数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行

4、为的认知和验证。所以我们可以利用数字电子技术改善我们的城市交通问题，为此，本次设计完成的就是交通灯设计。目录1.设计任务32.课设要求以及主要内容33.总体设计34.模块设计4 4.1 555秒脉冲模块设计4 4.2 控制单元设计44.2.1 4 秒定时电路 54.2.2 6 秒定时电路 54.2.3 25秒定时电路64.2.4 JK时序电路74.2.5 时序信号 85.元器件清单 96.系统完整电路图107.心得体会118.参考文献 12交通灯的自动控制1 .设计任务设计一个十字路口交通信号灯自动控制电路。2 .课设要求以及主要内容1) 通常情况下，大道绿灯亮，人行道红灯亮。2) 若人行道来

5、人，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，人行道由红灯变为绿灯。3) 人行道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过25秒钟后自动由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。4) 如果人行道在绿灯亮时，且人行道绿灯亮的时间还没有到25秒，只要大道检测到已经超过3辆车在等候，那么人行道应立即由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。3 .总体设计首先由一个555发生产生一个秒脉冲，提供时钟信号，然后经过控制单元处理以后输出给信号灯。4 .模块设计 4.1 555秒脉冲模块设计图1为秒脉冲信号，产生秒信号的电路有多种形式，如图2 是利用5

6、55 定时器组成的秒信号发生器。当接通电源以后，因为电容上的初始电压为零，输出为高电平，并开始经电阻R向电容C充电。当充到输入电压为V1=Vt+时，输入跳变为低电平，电容C又经过电阻R开始放电。当放电至V1=Vt-时，输出电位又跳变成高电平，电容C重新开始充电如此周而复始，电路便不停地振荡。V1和Vo的电压波形如图3所示。因为该电路输出脉冲的周期为T0.7（R1+2R2）C。若T=1S，令C=10，R1=39K，则。取固定电阻与的电位器相串联代替电阻R2。在调试电路时，调试电位器RP，使输出脉冲为1s。图1 秒脉冲信号 图 图 2 555秒脉冲发生器 图3 555秒脉冲发生器该发生器每秒发生一

7、个高电平和低电平，周而复始的进行。4.2 控制单元设计 421 4秒定时电路 图4 4S定时器 在这个装置中使用同步清零法实现定时4S的发生器。其构成原理为把QC与LDN相连ABCD同时置零，让它的预置数为零。输入的时钟信号是由555定时电路提供。当每来一个时钟信号时该计数器就计数一个数，直到输出为0100时该计数器立即清零，这样就实现了4S计时。 图5 4S定时器时序信号该图为4S定时发生器的时序图，从上图可知：仿真波形和上面的秒数差了0.5秒时因为，CLK_1HZ波形刚开始是半个周期就有一个高电平的缘故。以下时序图也如此。422 6秒定时电路 图6 6秒定时器在这个装置中使用同步清零法实现

8、定时6S的发生器。其构成原理为把QBQC于LDN相连ABCD同时置零，让它的预置数为零。输入的时钟信号是由555定时电路提供。当每来一个时钟信号时该计数器就计数一个数，直到输出为0110时该计数器立即清零，这样就实现了6S计时。 图7 6秒定时器时序信号该图为6S定时器的时序图。在第六秒的时候有一个高电平输出。423 25秒定时电路 图8 25秒定时器该装置是实现25S定时电路，采用整体置数方式使实现25进制同步计数电路。其工作原理在第一片161每接受一个时钟信号使其开始记一个数，当第16个时钟信号来时第一片信号RCO输出为1，此时第二片芯片ENT和ENP接受了一个高电平，这时开始计数工作，记

9、一个数QA输出为1其他QBQCQD输出为0。此时输出为0001。再来9个时钟信号时第一片芯片记9个数此时输出为1001，这时在电路上再接一个与非门作为LDN的反馈电平，此时LDN输入为低电平，整体实现同步置零。 图9 25S秒定时器时序信号该图为25定时发生器的时序图。在第25S有一个高电平输出。424 JK时序电路 图10 JK时序电路该时序电路就是把当前的状态锁存起来，使接受的时钟信号在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。在这里可以利用该性质使时间发生延时，这样就可以实现使每个信号灯维持一定的时间等下一个时间信号输入时才发生改变，紧接着该信号维持所设计的时间再

10、等下一个信号来时才发生改变，着样周而复始的进行下去。例如若要实现以下的功能小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道由红灯变为绿灯。我们就可以让黄绿灯信号在时序电路中存储6秒，接着一个黄灯信号输入时时序电路中的绿灯信号变为黄灯信号并在时序电路中维持4秒。等红灯信号来时黄灯信号消失，此时输出为红灯信号，这样就使红灯信号输出为高电平，交通灯显示为红灯，这样就可以实现以上的要去。以下为JK锁存电路的功能表。其中T1,T2,T3分别为4秒，6秒，25秒定时器的溢出信号，S为传感器,Q2,Q1,Q0分别为3个JK触发器输出端口信号。该时序电路的驱动方程：J2=T3*Q

11、1*Q0 K2=0 J1=T2*Q2Q0 K=(T1*Q2*Q0)J0=S*Q2Q1+T1Q2Q1 K=0特征方程QN+1=JQ+KQ状态方程为Q2N+1=T3QQ1Q0Q1N+1=T2Q2Q1Q0+T1Q2Q1Q0Q0N+1=S*Q2Q1Q0+T1Q2Q1Q0=(SQ2Q1+T1Q2Q1)Q0T1T2T3MSQ2Q1Q0Q2N+1Q1N+1Q0N+1XXXX1000001X1XXX0010101XXXX010011XXX1X011000.XX1XX0111001XXXX100000425 时序信号 图11 JK时序信号1.开始的状态为：大道绿灯亮，小道红灯亮；2.前6S时大道的绿灯输入信号为

12、高电平，状态为亮，而红，黄灯输入信号为低电平，状态为暗；小道的红灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，红灯输入信号为低电平，状态为暗。3.在后来的4S中大道的黄输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红输入信号为低电平，状态为暗；此时小道还是原来的状态。4.在后面的25S钟里大道红灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，绿灯输入信号为低电平，状态为暗；小道在时间内绿灯输入信号为高电平，而黄，红灯的输入信号为低电平状态为暗。在25结束后小道的黄灯的输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红灯的输入信号为低电平，状态为暗，黄灯亮的时间持续4S。5.在29S结束后大道绿灯输入信号为高电平，状态为亮，而黄，红灯输入信号

13、为低电平，状态为暗；小道红灯的输入信号为高电平，状态为亮，而绿，红灯的输入信号为暗，状态为暗。5 元器件清单表1 元器件清单元器件名称元器件型号数量预置加、减法计数器741614译码器741384JK触发器74LS763计时器NE5551两输入或门74LS323两输入与非门74LS002三输入与门74LS114三输入与非门74LS102非门74LS045电阻5K，39K,47K3电容0.01微法,10微法2发光二极管红色2发光二极管黄色2发光二极管绿色2直流稳压电源5V36 .系统完整电路图 图 12 系统完整电路图7 心得体会经过近两周的努力，我终于完成了电子课程设计交通灯控制电路系统。通过

14、两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，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。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是

15、认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。在这次课程设计中，通过从互联网上查找资料，我了解到了许多前辈们在做这个课题上的巧思，许多小细节都让我有茅塞顿开之感。这些都使我受益匪浅。并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。通过这次课程设计使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，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，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问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，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不

16、足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。经过这次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展电子产品 实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。这是一次有意义的尝试！ 8 参考文献1. 何小艇.电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2. 姚福安.电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月3. 王澄非.电子与逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年6月4. 李银华.电子线路技术指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5. 康华光.电子技

17、术基础，高等教育出版社，2003年6. 吴立新.实用电子技术手册，机械工业出版社，2000年课 程 设 计 说 明 书学生姓名：李兰贺学 号：0907250104学 院：自动化工程学院专 业：测控技术与仪器题 目：交通信号灯自动控制 指导教师： 职称: 课程设计任务书学 院： 自动化工程学院 专 业： 测控技术与仪器 课程设计题目： 电子综合应用实践： 数字显示抢答器的设计 起 迄 日 期： 课程设计地点： 指 导 教 师： 陈东淼老师 冯玉昌老师 陈杰春老师 系 主 任： 钟越红老师 课 程 设 计 任 务 书1设计目的：掌握数字显示抢答器的设计方法。熟悉触发器、编码器等器件的使用方法，并掌

18、握其工作原理。通过该设计，可以巩固所学的电子技术知识，促进学生所掌握的理论知识向实践应用的转变，从而达到培养学生电子综合应用实践能力的目的。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：使用触发器、编码器、显示器等器件设计一个数字显示抢答器，包括方案设计、电路设计和仿真验证。同组成员合作完成。具体设计要求：（1） 通常情况下，大道绿灯亮，人行道红灯亮。（2） 若人行道来人，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，人行道由红灯变为绿灯。（3） 人行道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过25秒钟后自动由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿

19、灯。（4） 如果人行道在绿灯亮时，且人行道绿灯亮的时间还没有到25秒，只要大道检测到已经超过3辆车在等候，那么人行道应立即由绿灯变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）查阅相关文献资料，了解数字显示抢答器的相关知识；（2）确定设计方案、绘制电路原理图；（3）仿真验证；（4）撰写课程设计说明书。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1. 何小艇.电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2. 姚福安.电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月3. 王澄非.电子与逻辑设计实践，东

20、南大学出版社，1999年6月4. 李银华.电子线路技术指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5. 康华光.电子技术基础，高等教育出版社，2003年6. 吴立新.实用电子技术手册，机械工业出版社，2000年5设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份；设计原理图。 6工作计划及进度：7月4日：课程设计内容布置，同时讲解总体设计过程，明确电路功能，有那些独立功能模块构成，各个模块之间相互联系，信号传输路径、方向等内容。 7月4日7日：查找资料，进行总体功能框图设计，明确各模块电路原理，并进行原理图的初步设计。7月7日12日：设计各功能模块的具体电路，同时完成相关内容的设计报告。7月13日：写课程设计报告。7月14日15日：答辩，交设计报告。系主任审查意见： 签字： 年 月 日