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1、题 目 交通灯课程设计学 生 朱光杰指导教师 李晶 讲师年 级 2006级专 业 计算机科学与技术系 别 计算机科学与技术系学 院 计算机科学与信息工程学院哈尔滨师范大学2008年6月论 文 提 要在一个交通繁忙的十字路口，没有交通灯来控制来往车辆和行人的通行，假设也没有交警，那会发生什么事情呢？后果是难以想象的，可能会陷入一片混乱，甚至瘫痪。当然我们每个人都不希望这样。我们作为社会的一员，每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。我们设计的这个信号控制系统可以通过交通灯控制东西方向车道和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都可以根据实际情况预设,用以减少交通事故的
2、发生概率。并且经过些次实验使得我们对电子技术课程内容的理解和掌握有了更深一层的认识，也学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力，也为将来的就业或继续深造做好准备。交通灯课程设计论文朱光杰摘 要：设计一个十字路口的交通灯控制电路，实现东西方向车道和南北方向车道两条交道路上的车辆交替运行的控制，每次通行时间都设为645秒。时间可设置修改。在绿灯红灯亮前，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。方向南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显（采用倒时的方法）。同步设置人行横道红、绿灯
3、指示。 关键词：设计原理与参考电路 过程与效果分析交通信号灯的出现，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。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。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。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。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
4、市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，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，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
5、要问题。以下就交通灯控制系统的电路原理、设计和实验调试等问题来进行具体分析讨论。设计原理与参考电路东西方向车道信号灯1、交通灯控制系统的原理如下：倒计时计时器秒脉冲发生器信号灯转换器南北 方向车道信号灯T5T02、 信号转换状态1：东西方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。状态2：东西方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；南北方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；状态3：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；状态4：东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行；南北方向车道的黄灯亮，车道，人行道缓行；3、 方
6、案选用JK触发器，设状态编码为：S0=00S1=01S2=11 S3=10，其输出为Q1 Q0，则其状态表为：表1 状态编码与信号灯关系表现态次态输出Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1GaYaRaGbYbRb0001100001011101000111100011001000001010图1电路接法图4、 倒计时计数器十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数为“”和“”，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号
7、T5和模0的定时信号T0。作G=0时的卡诺图：BCA 00 01 11 10X111110010 倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。计数器选用集成电路74190进行设计。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。表2 74190的状态表 CTEND/UCLKLOADA B C DQA QB QC QD0XX0X X X XA B C D01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount Up1XXXX X X
8、XQa0 Qb0 Qc0 Qd0现选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间0099倒计至00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图2：图2 计数器连接图信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为
9、0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。 图3 预置数功能说明图预置数（即车的通行时间）功能：如图3所示，个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为698。假如把通行时间设为25秒，就像图1的接法，H接0，J接0，K接1，L接0，8接0，4接1，2接0，1接1。（接电源相当于接1，接地相当于接） 图4 译码器向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0：T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置
10、数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把两个74190计数器的8个输出端用一个集成的八输入一输出或门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与非门连接起来。具体连接方法如图4所示。要求黄灯每秒闪一次，用一个频率为1的脉冲一端与控制黄灯的输出信号的JK触发
11、器连接起来，另一端再接到黄灯。整个交通灯控制系统的布局黄灯闪烁控制如图5所示图5 交通灯控制图过程与效果分析1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，28个交通灯。我在这里共接了6个时间显示器，其中4个用于交通倒计时，另外2个用于显示当前置数 图6 模拟输出界面 2、点击启动按钮,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，打开开关后，东西方向绿灯亮，“东来西往”的行人车辆都可自由通行；南北方向车道的红灯亮，南来北往的行人车辆皆禁止通行。时间显示器从预置的25秒，以每秒减1，减到数5时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。减到数1
12、时，1秒后显示器又转换成预置的25秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。如此循环下去。3、修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为698秒），效果和上面差不多，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为自己对这门课的一般设计都不是很会.对很多的芯片的功能都不是很清楚通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的
13、时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了.在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法,运用不同的芯片进行了比较,最后还是采取了上面的方法进行连接.在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.但似乎时间过得真的很快,我用了好几天才把它完全弄完,完成后,心里有一种说不出的高兴.这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。参考资料 1 电子电工技术试验2 余孟尝.数字电子技术基础简明教程3 毕满清.电子技术实验与课程设计学年论文（设计）成绩表论文题目交通灯课程设计论文作者朱光杰指导教师李晶职称讲师指导教师评语该同学能够借阅课外资料独立完成课程设计论文，虽然题目并不新颖，但思路独特，并熟练的结合了一部分电路知识，很好的达到题目的要求。指导教师签字等级9