電子技術課程設計報告

——交通燈控制電路

XX大學機自學院自動化系

自動化

專業

姓名:

學號:

指導老師:

2018年X月X日

一、主要用途：

交通信號燈使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力、減少交通事故有明顯效果。

在十字交叉路口，為保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態轉換，指揮各種車輛和行人安全通行，實現十字路口交通管理的自動化。

二、設計任務及要求：

設計一個主干道和支干道十字路口的交通燈控制電路，其要求如下：

1.一般情況下，保持主干道暢通，主干道路燈亮、支干道紅燈亮，并且主干燈亮的時間不少于60

S；

2.當主干道綠燈亮超過60

S，且支干道有車時，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，但支干道綠燈亮的時間不得超過30S；

3.每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時，黃燈先亮5S。

三、設計思路步驟及仿真調試

設計分析

分析可知，所需的交通燈有以下四個狀態：

a.主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許車輛通行，支干道禁止車輛通行。當主干道綠燈亮夠60秒后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。

b.主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許超過停車線的車輛繼續通行，而未超過停車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當主干道黃燈亮夠5秒后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。

c.主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許車輛通行，當支干道綠燈亮夠30秒后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。

d.主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。當支干道紅燈亮夠5秒后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。

以上a,b,c,d四種狀態依次交替循環，達到指揮交通的功能。

分析得出，交通燈系統共由脈沖信號模塊，交通燈模塊，控制模塊，倒計時模塊四部分組成，如下圖1所示。

主干道

A1

A2

A3

控制

模塊

倒計時

模塊

脈沖信號模塊

發生器

T0

支干道

B1

B2

B3

圖1

交通燈控制系統原理框圖

整個系統的核心是利用能夠進行60進制、30進制以及5進制并切換的減法計數器，在譯碼器及與非門的配合下實現交通燈信號燈的切換。

1.脈沖信號模塊

信號的產生采用555定時器構成的多諧振蕩器。取R1=10kΩ，C2=10uF，通過

f=1tpL+tph≈1.43R1+2R2C2=1

設計計算得R2≈66kΩ，此處采用100kΩ滑動變阻器。

設計如下圖2所示的多諧振蕩器，產生1Hz的方波周期信號。

圖2

多諧振蕩器

2.交通燈模塊

設主干道紅燈、黃燈、綠燈分別為A1、A2、A3；支干道紅燈，黃燈、綠燈分別為B1、B2、B3，如下圖3所示。

圖3

交通燈模塊

3.控制模塊

使用74LS163N十進制計數器構成三進制的加法計數器，同時用與非門控制三個顏色交通燈的亮與滅。

74LS163N的CP信號由倒計時模塊高位74LS192N的BO控制。即每當倒計時的高位產生借位信號時通過BO傳給74LS163N一個信號使之變燈。

令前述的a,b,c,d四種交通燈狀態依次為00,01,10,11，以74163N的QA,QB輸出。

主干道紅燈、黃燈、綠燈分別為A1、A2、A3；支干道紅燈，黃燈、綠燈分別為B1、B2、B3。可得真值表如下。

QB

QA

A1

A2

A3

B1

B2

B3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

由真值表化簡可得各信號燈的邏輯表達式：

A1=QB,A2=QBQA,A3=QBQA,B1=QB,B2=QBQA,B3=QBQA

故采用與非門控制連接交通燈和74LS163N如下圖4：

圖4

74163N和與非門構成的交通燈控制模塊

4.倒計時模塊

倒計時模塊由減法計數器和7段數碼管顯示器組成。

十字路口的交通燈要有數字顯示，且是倒計時，以便人們能夠更好的把握好時間。具體的工作方式為：當主干道的綠燈亮時，將顯示器置為60s，然后每秒減1，計數方式工作，直至減到數為00，此時變燈并置05s，再執行每秒減1，減到00后變燈并置30s，遞減。一次工作循環結束，而進入下一工作循環。

倒計時模塊選用兩片74LS192級聯，通過將低位的借位端BO與高位的減數計數控制端DOWN連接，構成減法計數器。CP由多諧振蕩器的輸出端接到低位74LS192的減數計數控制端DOWN控制。

預置端LOAD接高電平時計數，接低電平時預置數。因此，工作開始時，LOAD為0，計數器預置數，置數后，LOAD變為1，計數器開始倒計時，當倒計時減到數00時，LOAD又變為0，計數器又預置數，之后又倒計時，如此循環下去。

這可以借助兩片74190的借位端BO來實現，用或門將兩個BO連起來，再接在預置數端LOAD上。當倒計時減到數00時，兩個BO均產生一低電平信號，通過或門使兩片74190的LOAD端置數。

由于四種狀態的置數各不相同，設高位74LS192N的置數端依次為DH,CH,BH,AH,低位的置數端依次為DL,CL,BL,AL,由前述的真值表和8位置數端在各狀態下的取值，分析可得，DH=0,CH=A3,BH=QA,AH=B3

DL=0,CL=QA,BL=0,AL=QA

故可利用信號燈和74163N輸出端的信號結合與非門控制置數端在不同狀態下的取值。設計如下圖5

圖5

減法計數器和7段數碼管顯示器構成的倒計時模塊

三、電路的測試與仿真

狀態a：

符合設計要求1：一般情況下，保持主干道暢通，主干道路綠燈亮、支干道紅燈亮，并且主干燈亮的時間不少于60

S；

狀態b：

符合設計要求3：每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時，黃燈先亮5S。

狀態c：

符合設計要求2：當主干道綠燈亮超過60

S，且支干道有車時，主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，但支干道綠燈亮的時間不得超過30S；

狀態d：

符合設計要求3：每次主干道或支干道綠燈亮變紅燈時，黃燈先亮5S。

綜上所述：該交通燈符合設計要求。

四、總結

這次數電設計對我是一個很大的挑戰。一開始時我完全沒有思路，后來通過在網上查閱了一些文獻，理清了設計過程，明白了無論多復雜的功能結構，都要先分析要設計哪些模塊，再將各個模塊分別設計，最后匯總。

還有在設計時一定要了解清楚芯片各個針腳的功能，否則會遇到很多麻煩。在設計時我用到74LS192芯片，但由于網上資料不夠詳細，我對于BO端口的功能不是很清楚，導致起初我一直以為只要減法計數器減到0時BO就一直為低電平輸出，使我無法設計置位端LOAD。后來我才了解到BO端口是在計數器為0時再減1的瞬間產生一個短暫的負向脈沖，正是利用這個原理才使我的設計得以完成。

同時由于我采用的multisim14版本有些原因不明的bug，也為我的調試帶來了許多問題。在我的設計圖中，我在倒計數模塊的或門輸出端接了一個開關，是因為如果去掉這個開關，直接用導線連接，就會導致通電時計數器只從60跳到59就卡住，不再工作。加一個開關也是我調試了好久才發現的解決辦法。

總之這次數電項目設計使我對上課時學到的知識有了更深入的認識，更使我體會到了設計的流程和思路，也了解到了設計時常遇到的一些問題和解決方法。