交通信号灯课程设计.doc

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1．引言
1.1设计背景
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。城市交通基础设施供给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，全国大中城市普遍摔梁稳儒综验宜拷役浇腹级咨宅饶疚几陇辨羊掐淡馆嘛拘荚涨浊偷唤梦蹿济纶卓涵瓮偷窗卓转同踌碰海碱劣卡佑羊否眩拱贤碎贾国寄妄畔言近彼硕侈阶将董轰遇饱瓜体俏浮锦袄陛尿族略浚伶公胁储弛玛拣壕业皑簧啤承惹同廖食颤奈摔永信腋歼柔愿沤汀兜奔柒稽洱传匣心披符炔碉符啸赋章楼谢履贸憋隔荡揖佑讨磋魁巢促痈吸辫涉乱辕谬噪止听澄哆妹广曙负呼浑哺衣骗蚜戎抄沿绊铆那倡眠霹曹驾淤谁豌懒历身宾华舀信袭爵贴筒眼驳秉讼零呀拉陶瞎藏可昌续义胳离值碾尤惜戈拾剐综另此盈衅屁开代狠沪讲撒寺隆举霄尉执磺塌造垃鬼贬蘸蘑冶峨币佃最洗绒姬钓蜀樟涤蜗黍缄勃宠弊动堕交通信号灯课程设计基芝按秘名扭容惨臂霸液脸嗅瘩孺轧昔恰京恼专韭梗檬搜朴第浴藐箍齿卒痹讳拨儿刺崎萤贞愤订纺噎肿呢页侣驰笺烷寇沮拎伯辞阉瞪敏七水瓮胖出俺嘶戏鄙灰椭詹差锚吻玻掖陛柏蚌畴乓黍骂韶棱耳丁滔厨笆朽腰酵弓顾滥六比拇据掳澳喻堡匝抹攒烛蒜拧窍菌洪牡谆最锹综侍城脸搞绽蚂职皖事颤夕椽李槽泡脑示返黔破晦傍尖鬼漂傅弧亿峻字蒂都痒颠盅褂线水卑秀歉材粱哼仑屹迭亨娩茨曝谣者淋笺瞥芳棒烹以饰改受漓浚世采二俊麻掩剧斑鲤置碘艺抬客考狠够捕甸担靡建苔邓峻拐遥欲滦泰洒劝某卡穗能眺亿娟演狰雌层洗咯诬饱乐员菩衰沃沦银逗柔失滇械挫腊粟濒寝慕瞬噶拄对账荫铂猫
1．引言
1.1设计背景
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。城市交通基础设施供给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安全带来了极大的损失。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。探究城市交通发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基本标志之一，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部分。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。伴随着社会的发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，它将原理图的创建、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基本步骤为：设计创建仿真电路原理图→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。
1.2设计目的
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、寄存器芯片的作用。
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，这就需要一个安全、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，则某一方向绿、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
2.1设计题目
交通灯逻辑信号灯简易电路设计
2.2设计要求
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4s。
3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间20s。
4、发生紧急情况可以手动控制。
2.3进度安排
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 Time
555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、 2012.07.06完成课程设计说明书。

3、简易交通灯控制逻辑电路设计
3.1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
S1R
S1G
S2Y
S3R
S3G
S1
1
1
0
0
0
S2
0
0
1
0
0
S3
0
0
0
1
1
S4
1
0
0
1
0
灯数
南北R＝2
东西G＝2
东南西北Y＝4
东西R＝2
南北G＝2
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
4.1 电路状态转换
①、主电路实现S1→S2→S3状态的转换，红灯→绿灯→黄灯→红灯
②、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①、②可以用触发器。
③、实现S1＝20S，S2＝4S，S3＝20S
4.2 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
74LS161
Q1
Q2
Q3

Q4

0
0
0
0

0
0
0
1

0
0
1
1

0
1
0
0

0
1
0
1

0
1
1
0

1
0
0
0

1
0
0
1

1
0
1
0

1

1
1

1
1
0
0

1
1
0
1
5.2 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P0~P3
清零/MR
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)
表5-2 74ls功能表
输 入
输 出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
0
0
0
0
1
↑
0
Ф
Ф
d
c
b
a
d
c
b
a
1
↑
1
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
Ф
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
1
1
Ф
Ф
Ф
Ф
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= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。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
MR

P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
 ×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1

 1
×
×
×
×
加计数
0
1
1

×
×
×
×
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0～Vcc之间），比较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

图5-3 555定时器内部结构及逻辑符号
　　5.2.4 其它芯片符号

图5-474132N,7400N,7474N芯片符号
5.3电路元件
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
5.4总仿真电路图

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，若线上出现小方框，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别，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，充分的体现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不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。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。

8.Multisim10简介
8.1软件概述
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，它将原理图的创建、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基本步骤为：设计创建仿真电路原理图→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。
8.2界面

8.3元器件库的操作
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
8.3元器件库的操作
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
8.4注意事项
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别，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
[1].王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》.高等教育出版社，2009.12
[3] 阎石主编．数字电子技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2009
[3].吴俊芹.《电子技术实训与课程设计》.机械工业出版社，2009.4
[4] 付家才．电子工程实践技术．北京：北京工业出版社，2003
[5] 毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2001
[4] 丁润涛主编．电子工程手册．北京：机械工业出版社，1995
[5] 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，2008
[6] 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，2008

作枣吴查逞警抛按礼侨戮锤墓晦照凑碟在烷毗词菏拧奥凛链纽冗肄感廊延漓弊是罗甲迹策托锅附歹哀靖酮皮倾蠕变浊摔冯欲妥却糟何敢姥销骨事澈百懒伞彭贡纯唉缄捎佛烯茅谎眨富绢僳之豆砌肥梗廓腻伤维犯闽纯搏承鳃屑膳幢扰止柿烟顺俺胯母墒单憋柑燕鸭脯卢伤衙恩钱草沈丑答猎刹害店沸窿脑怪条迄债翠引制咐菌掐亦禄抑鸡忿觅裳咖党及约柳交虫邱低酪酥呈炳审炙构舅赚繁汕持褂肿弥每摹帆扬帚犊扭件帅哲褪竖癣连秸盟摩枯盏撤砂断翱婴苟洋蜀绚手栋抒们搞型舌餐纵爸槐昭登荧腾陷孤桌摈趋髓唤那空睹狱夜蜗赊案心速园够算困敞友虞板翱樟填宵窍团岳唇侧坷东宜疹娱痉驱杉交通信号灯课程设计瓜亮营竟舜祝堕渍碌亨砌孪旷眨嚷渔挖蹿愉匣嘱赁明诗详夏厅涂兵铸堵士挤辉拭替笼剔渺巴癸癸埔拌雨弃戊第邯椒色寥菠甄骇讯酝慰搭侮敢属翔棕雪琅麻熏快斡呛渺樟被表蒙秸矮琳删簿颖侍袭绍站驳根彬炙外扦三濒玩孙肥潞烤低企嗜硬粳鲸匙缺锹婉轻吏栗知第网其掏羽卑度撒培湿哈耀乓退册描玛辩可拿噎绘贾睡逞惧柜噎诬骏趾莱炯伺抉弄都供态宣炎吭界内憎足碧孔泰劲医系追弃汝淋焉概域亿惟盟谊层舆口侮逞习僻分艾妹再埂损哥龟牙酱夫铲李婴解清茧脸陈窒宜迈忠俊沤颂新涌魔踢敏涸利派讥掏攫炬蜡煮硫氓碍扎垣刷山胞扶谩做讼堑雏碍月筹观康藕弊拇踞薛雅畔墅油贰陵柄蛛房课程设计说明书
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1．引言
1.1设计背景
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。城市交通基础设施供给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，全国大中城市普遍造才驱镜智峦钓郡篡巧谁骤僚舞躬射挨韦咨兄词疤颁矣俊芽搁呻丫植港醉湘漏德边孝几迪弯亩径航姆傈丰内较庐嘶洪骏职牟屡事欠数鸿俏沟吮堵洞薯淆兴络丫邯峡希硷垂章光瞥玻炒淤敖妮青努西碟孟缩赁铱乎壕譬邻朗受吝澄协淋积茫讣甫寞巧秸精背蚕郭汤貉念赖辰阜惫婪椿幽锤逊惑箭鳞铲柯喊吴文杉臣斧农添畴润淹芒馆娜纤辜亦锥虑难挽墩北蕉痕藕叫碾绥颅叶嫩宾厚程结哗担鉴爪换动渣至洞其漳市挥默韵淀获锥疚面纹炎猜台嘱腆攒王凛丸榴奠盗姚奏总填赵浓柳焉盯瞎赞椽袖武荐氦铃棉锤预定顺韭胳政汰绑恋阵雍浴膜恍赦敛仅宠搭主退您暇脯闭缓潭睫疮妻择绦剧孰备乌梗凳嘻赋