武汉工程大学电子技术课程设计报告-交通灯.doc

1、武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）武汉工程大学 电气信息学院电子技术课程设计报告设计名称： 交通灯 设计题目： 交通灯 学生学号： 1404201114 专业班级： 电气类 11 班 学生姓名： 秦重双 学生成绩： 指导教师： 戴璐平 课题工作时间: 2016.06.20 至 2016.07.01 武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- II -目 录摘 要 IIAbstract . II第一章 课题背景（或绪论、概述）. 11.1 设计背景.11.2 设计目的.11.3 设计意义.21.4 本章小结.2第二章 设计简介及设计方案论述 . 32.1 设

2、计简介. 32.2 设计方案论述.42.3 本章小结.5第三章 详细设计. 63.1 秒脉冲发射器电路 .63.2 定时器电路.73.3 控制器电路.93.4 译码显示电路.93.5 本章小结.11第四章 设计结果及分析.124.1 总体设计结果.124.2 总体设计分析 .144.3 电路检验 .154.4 本章小结.15第五章 电路仿真.16总 结 .18致 谢 .20参考文献 .21附录 主要芯片使用 .22武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- III -摘 要交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。通过采用

3、数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口四组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。 因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础，同时引入了电子设计自动化技术，将模拟信号转化为数字信号，利用了数字逻辑这一强大工具，同时还运用了Multisim软件来设计了可控制的交通信号灯。关键词：交通灯，设计，电路仿真AbstractThe emergence of traffic lights so that traffic can be effective control, for ease traffic f

4、low, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. Through the use of digital circuitry on the traffic lights control circuit design, to enable the traffic lights control circuit at a crossroads with two sets of automatic control of digital signal red, yellow and

5、 green traffic lights approach the status of the conversion, command a variety of vehicles and pedestrians safe passage to achieve automated traffic management at the crossroads. Therefore, in the course design, the traditional design methods will be based at the same time the introduction of electr

6、onic design automation technology, the analog signal into a digital signal, use this powerful tool for digital logic, At the same time also used the Multisim software and some digital logic devices, to design that can be controlled by traffic lights.Keywords：Traffic lights, design, circuit simulatio

7、n武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 1 -第一章 课题背景1.1 设计背景 1.1.1交通灯的使用背景随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。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。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。1.1.2交通灯的发展现状及研究概况 随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元，已逐步被功能更强大、性能更稳定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路构成的各种自动控制、自动测量、自动显示电路遍及各种电子产品和

8、设备。数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。 在电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。供消费用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。 交通灯作为现在交通生活必不可少的一项，其设备也在不停地更新换代。如今交通灯已经不能局限为简单的红黄绿三种灯，直行、左转、右转也都有了自己的标志灯。我们需要更加复杂的设计来满足这些不断加剧的需求。1.2 设计目的本设计在掌握十进制计数器、译

9、码器电路的综合设计的基础下，综合运用了定时器，触发器，计数器，译码器等知识，并能使测得的结果保持一定的精度，具有一定的实用价值。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口四组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。绿灯亮时，准许车辆通行。黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行。红灯亮时，禁止车辆通行。主干道绿灯时间为45秒，黄灯时间为5秒，红灯时间为30秒，次干道红灯为50秒，绿灯为25秒，黄灯为5秒。武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 2 -本课题采用的是 TL082 为

10、脉冲发生器，74192 为定时器，4511 译码，7474 为控制器，7408 译码。1.3 设计意义本设计与制作项目可提高学生对于元件的认识，更加了解各个元件功能的使用，并且通过设计控制电路锻炼学生的逻辑思维能力。培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力1.4 本章小结本章主要简述了交通灯的发展、研究背景和本课题研究的主要内容。武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 3 -第二章 设计简介及设计方案论述2.1 设计简介2.1.1 设计任务任务：设计并实现一个可以控制十字路口交通的交通灯。要求主干道绿灯时间为 45秒

11、，黄灯时间为 5 秒，红灯时间为 30 秒。次干道红灯为 50 秒，绿灯为 25 秒，黄灯为5 秒。1主干道为 45 秒绿灯时，绿灯结束时变为 5 秒黄灯。此时次干道为 50 秒红灯。2主干道黄灯 5 秒结束后变为 30 秒红灯。3主干道为红灯时，次干道为 25 秒绿灯加 5 秒黄灯。2.1.2设计的基本原理 1用 TL082 设计一个秒脉冲发射器。2通过两片 74192，两片 4511 和两个七段数码管设计时间倒数器。3通过 7474、7408 实现对两车道灯的控制。4将灯的亮灭和时间置数结合完成整体电路。2.1.3 目前所有的实现框图与方法原理方案一 用数电电子技术来实现交通灯控制交通灯控

12、制系统的原理框图如图 2-1 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: 表示主车道或次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为 5 秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 4 -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

13、开始下个工作状态的定时。图 2-1方案二 用单片机技术来实现交通灯控制方案比较及选用依据：用单片机技术来来实现交通灯控制是最容易实现的，而且该电路可靠性也很高，但是这是要求设计者要有单片机编程的基础上才能完成设计。我们的单片机编程技术不太过关，而且老师所发的实验材料更加适合用电子技术来实现。所以我们选用了数字电子技术来实现交通灯控制。2.2 设计方案论述（1）主车道绿灯亮，次车道红灯亮。表示主车道上的车辆允许通行，次车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔 45s 时，控制器发出状态信号 ST，转到下一工作状态。 （2）次车道黄灯亮，次车道红灯亮。表示主车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车

14、辆继续通行，次车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔 5s 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。 （3）主车道红灯亮，次车道绿灯亮。表示主车道禁止通行，次车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔 25s 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。 武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 5 -（4）主车道红灯亮，次车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，次车道上没过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 5s 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

15、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 Q0、Q1、Q3、Q2 表示，则控制器的工作状态及功能如表 1、2 所示，控制器应送出主、次车道红、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控制状态 信号灯状态 车道运行状态Q0（00） 主绿、次红 主车道通行，次车道禁止通行Q1（01） 主黄、次红 主车道缓行，次车道禁止通行Q3（11） 主红、次绿 主车道禁止通行，次车道通行Q2（10） 主红，次黄 主车道禁止通行，次车道缓行AG=1 主车道绿灯亮 主车道通行BG=1 次车道绿灯亮 次车道通行AY=1 主车道黄灯亮 主车道缓行

16、BY=1 次车道黄灯亮 次车道缓行AR=1 主车道红灯亮 主车道禁止通行BY=1 次车道红灯亮 次车道禁止通行2.3 本章小结本章主要介绍了的工作原理，已经现有的多种方案。以及最后确定的本次设计的方案过程与理由。武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 6 -第三章 详细设计3.1秒脉冲发射器电路该电路主要功能是通过运算放大器 TL082 组成迟滞比较器，再与-5V 电源组成加法器实现。TL082 的实际引脚图和仿真软件中引脚图分别如图 3-1-1 和 3-1-2 所示：U1ATL082CD32481图 3-1-1 TL082 实际引脚图 图 3-1-2 仿真软件中的引脚图定时器构成多谐振荡器的基础电路图如图 3-1-3 所示。武汉工程大学电气信息学院 电子技术课程设计报告（说明书）- 7 -U11ATL082CD32481C21FR320kVEE-5VVEE-5VVEE-5VVCC5VVCC5VR425kR51kD11N4731AD21N4731AR120kR220kU1ATL082CD32481R610kXSC1A BExt Trig+_ + _图 3-1-3 多谐振荡器的基础电路秒脉冲发射器运行时的波形图如图 3-1-4 所示