完整版十字路口交通灯课程设计.doc

河南城建学院
电子技术基础课程设计报告

十字路口交通管理器

姓 名： 张士豪
学 号： 093412149
专业班级： 电子信息工程
指导老师： 张洛花 胡玥　
所在院系： 电气与电子工程系

2012年6月 20日

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河南城建学院本科课程设计报告
一、评语（根据学生答辩情况及其报告质量综合评定）。

二、评分

指导教师签字：
年 月 日

摘要
本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计的实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定的功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见的实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入。在自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么南北两方向绿灯各60秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，时间控制都是固定的。
设计要求
1.主干道方向通行，支干道方向禁止通行，历时1min。
2.主干道方向禁止通行，支干道方向仍然禁止通行，历时10s。
3.主干道方向禁止通行，支干道方向通行，历时1min。
4.主干道方向仍然禁止通行，支干道方向禁止通行，历时10s之后又返回第一步循环。

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一 系统总设计方案
1.1交通灯控制系统的原理框图如图1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。图中：
TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔，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。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。
图1交通灯控制系统原理框图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下：
 （1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。
 （2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
 （3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。
（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。
  交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示

表1 控制器工作状态及其功能
状态
主干道
支干道
时间（s）
S0(00)
绿灯亮，允许通行
红灯亮，禁止通行
60
S1(01)
黄灯亮，停车
红灯亮，禁止通行
10
S2(11)
红灯亮，禁止通行
绿灯亮，允许通行
60
S3(10)
红灯亮，禁止通行
黄灯亮，，停车
10

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：
      AG=1：甲车道绿灯亮；
      BG=1：乙车道绿灯亮；
      AY=1：甲车道黄灯亮；
      BY=1：乙车道黄灯亮；
      AR=1：甲车道红灯亮；
    BY=1：乙车道红灯亮；

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二 硬件电路设计及芯片简介
2.1 555芯片一个
=15KΩ, =68KΩ电阻各一个
C=10uF ,电容一个
秒脉冲发生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。因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。
2.2 74LS192-----计数器
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（70秒），预值：0111，1010；当其减到10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、Q2、Q1、Q0端分别接显示74LS48的A3、A2、A1、A0端。
2.3 74160-----同步十进制计数器
74160为同步十进制计数器，由于一片计数器不能满足要求，故我们选择两片74160串联，构成百进制计数器。当EP=1，ET=1 ，RD’=1,LD’=1,计数器随脉冲信号从0开始计数，将输出信号端通过一个与门相接，接到绿灯1，当计数器计到59时，送给黄灯一脉冲；当计数器为9时，送给红灯脉冲。然后，红黄绿灯获得脉冲信号后，倒计时器开始工作，分别计时相应的秒数。
2.4 74LS48 ---------七段数码管译码器驱动器 LED数码显示器
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。它具有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。
三 单元电路的设计
1.脉冲产生电路：用555产生、电阻、电容
使用555定时器构成多谐振荡器，使得f=1HZ。先将555定时器接成施密特触发器的结构，即将2，6端并联，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将7端接到放电点。
，要使得f=1HZ，所以可令C=10uF , =15KΩ, =68KΩ,将数据代入到公式可得f约等于1HZ。

图3：一秒脉冲发生器
2.倒计时计数电路

芯片引脚图

3.状态控制电路

4.显示电路

芯片引脚图

四 软件仿真

五 课程设计体会
5.1元件清单
元件
数量
同步十进制计数器74160
2片
计数器74LS192
4片
74LS48
4片
555芯片
4个
LED二极管
4个
与门 与非门 或门 或非门 非门
若干
电阻 电容
若干

5.2设计总结
通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器构成。其中，秒脉冲信号发生器是主要由555芯片，倒计时计数电路主要由同步十进制计数器74LS192构成，控制电路主要由同步十进制计数器74160构成，显示电路主要由74LS48--七段数码管译码器驱动器和LED数码显示器组成。
通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。在设计电路之初应该根据电路所需要达到的功能和效果来构建初步的逻辑框图，然后再进一步完善逻辑框图，之后根据逻辑框图来分部分思考电路，实现电路。在实现电路的过程中也应该结合实际情况，在实现的同时，比较各种能实现这部分功能的电路，择优选择，最后将各个部分连接起来。
在这次实践中，加强了对各种元器件的认识比如74LS192的引脚图。还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理。更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，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，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。

5.3参考文献
1．《数字电子技术实验讲义》 湖南工学院
2.《电子技术基础-模拟部分》 高等教育出版社
3．《555集成电路实用电路集》 高等教育出版社
4．《TTL集成电路应用》 机械工业出版社
5. 《数字电子技术基础》 高等教育出版社
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