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1、摘 要本文着眼眼于目前前普遍应应用在城城市道路路上的交交通灯控控制系统统，从课课程设计计的题目目要求出出发，设设计了一一个东西西方向和和南北方方向十字字路口的的交通灯灯控制电电路。首先进行行交通灯灯状态变变换的分分析和交交通灯总总体框架架的设计计，接着着提出了了2种电电路设计计方案，通通过优劣劣比较后后选定了了方案22：先设设计让倒倒计时显显示器按按规律运运行的电电路，再再通过倒倒计时电电路的信信号来控控制交通通灯按4种状状态循环环变换。电源电路路采用99V变压压器、整整流桥和和稳压管管，使2220VV的交流流电转换换为5VV的直流流电。44Hz方方波脉冲冲由5555定时时器产生生，再由由74
2、LLS1993实现现4分频频，最终终输出11Hz的的脉冲信信号；用用两块774LSS1933实现倒倒计时，一块显示十位，一块显示个位，用2个D触发器74HC74实现30s，20s，5s时间的转换；利用倒计时电路控制4个状态。最后通过74LS138和相应的逻辑门实现对交通灯亮灭的控制。关键词 交通通灯 控控制电路路prooteuus仿真真 电路路设计目 录1设计任任务及指指标12交通灯灯控制电电路分析析 22.1交交通灯运运行状态态分析22.2电电路工作作总体框框图32.3方方案比较较33交通灯灯控制电电路设计计43.1电电源电路路43.2脉脉冲电路路43.3分分频电路路63.4倒倒计时电电路6
3、3.5状状态控制制电路 83.6灯灯显示电电路 993.7总总体电路路图114实验数数据和误误差分析析 1225课程设设计的收收获、体体会和建建议1336致谢167参考文文献178附录181 设设计任务务及指标标设计一个个东西方方向和南南北方向向十字路路口的交交通灯控控制电路路。要求如下下：（1）南南北方向向（主干干道）车车道和东东西方向向（支 干道）车车道两条条交叉道道路上的的车辆交交替运行行，主干干道每次次通行时时间都设设为300s、支干干道每次次通行间间为200s；（2）东东西方向向、南北北方向车车道除了了有红、黄黄、绿灯灯指示外外，每一一种灯亮亮的时间间都用显显示器进进行显示示（采用用
4、倒计时时的方法法）；（3）在在绿灯转转为红灯灯时，要要求黄灯灯先亮55s钟，才才能变换换运行车车道；（4）黄黄灯亮时时，要求求每秒闪亮一一次；（5）同同步设置置人行横横道红、绿绿灯指示示。 （6）设设计相关关提示：所设计计的交通通路口为为一十字字路口，不不涉及左左右转弯弯问题。2 交交通灯控控制电路路分析2.1 交通灯灯运行状状态分析析交通灯控控制电路路，要求求每个方方向有三三盏灯，分分别为红红、黄、绿绿，配以以红、黄黄、绿三三组时间间到计时时显示。一一个方向向绿灯、黄黄灯亮时时，另一一个方向向红灯亮亮。每盏盏灯顺序序点亮，循循环往复复，每个个方向顺顺序为绿绿灯、黄黄灯、红红灯。交交通灯的的运
5、行状状态共有有四种，分分别为：状态0：东西方方向车道道的绿灯灯亮，车车道，人人行道通通行；南南北方向向车道的的红灯亮亮，车道道，人行行道禁止止通行。状态1：东西方方向车道道的黄灯灯亮，车车道，人人行道缓缓行；南南北方向向车道的的红灯亮亮，车道道，人行行道禁止止通行；状态2：东西方方向车道道的红灯灯亮，车车道，人人行道禁禁止通行行；南北北方向车车道的绿绿灯亮，车车道，人人行道通通行；状态3：东西方方向车道道的红灯灯亮，车车道，人人行道禁禁止通行行；南北北方向车车道的黄黄灯亮，车车道，人人行道缓缓行；4种状态态循环往往复，并并且红灯灯的倒计计初始值值为绿灯灯的倒计计初始值值和黄灯灯的倒计计初始值值
6、之和。交交通灯电电路的具具体运行行状态框框图如图图2.11(人行行道交通通灯未标标明)所示：北图2.11交通灯灯运行状状态分析析图2.2 电路工工作总体体框图交通灯控控制电路路主要由由以下几几部分构构成，如如图2.2所示示，有电电源电路路，脉冲冲电路，分分频电路路，倒计计时电路路，(交交通灯)状态控控制电路路，灯显显示电路路。脉冲电路分频电路倒计时电路显示器状态控制电路灯显示电路电路电源电路供电图2.22 交通通灯控制制电路功功能模块块框图2.3方方案比较较从交通灯灯控制电电路功能能模块框框图可知知在倒计计时电路路，状态态控制电电路，灯灯显示电电路这三三块电路路产生设设计分歧歧。所以以实现交交
7、通灯控控制电路路可以有有2种方方案：(1)先先设计出出让交通灯灯按4种状状态循环环变换的的灯显示示电路，再再通过灯灯的状态态控制倒倒计时显显示器的的显示的的功能；(2)先先设计让让倒计时时显示器器按规律律运行的的电路，再再通过倒倒计时电电路的信信号来控控制交通通灯按4种状状态循环环变换；方案1，22均符合设设计的要要求，但通过过具体实实践和分分析方案案1显示电电路需要要比较多多的芯片片，其电电路不是是太复杂杂，但是是过程比较较繁琐。而而方案22让显示示电路来来控制灯灯的发亮亮，这样样显示电电路就不不受其他他信号的的影响，并且通通过显示示电路来来控制交交通灯的的状态变变换比较较容易。综上所述，选
8、择方案2来设计具体的电路。3 交通通灯控制制电路设设计3.1电电源电路路电源电路路主要由由整流、滤滤波、稳稳压三部部分组成成，用于于供给数数字电路路的工作作电源。整流部分分由变压压器与整整流桥KKBP2210GG组成。2220VV、500Hz的的交流输输入经过过变压器器之后，输输出9VV、500Hz的的交流电电压。该该电压输输入整流流桥，整整流桥由由四只整整流二极极管接成成电桥的的形式组组成。整整流桥输输出8.1V的的直流电电压。滤波电路路用于滤滤去整流流输出电电压中的的纹波，由由1mFF的电容容组成电电容滤波波电路。电电容滤波波电路简简单，负负载直流流电压较较高，纹纹波也较较小，适适合负载载
9、电压较较高，负负载变动动不大的的场合。稳压电路路用于稳稳定电压压的输出出，由三三端集成成稳压器器L78805和和电容组组成。CC2、CC3用来来实现频频率补偿偿，防止止稳压器器产生高高频自激激振荡和和抑制电电路引入入的高频频干扰，CC4用于于减少稳稳压电源源输出端端由输入入电源引引入的低低频干扰扰。图3.11 稳压压电源3.2 脉冲电电路利用5555定时时器为主主组成多多谐振荡荡器，输输出4Hz的的矩型方方波，实实现脉冲冲电路功功能。5555定定时器的的原理图图如图33.2所示示，功能表如表11所示：图3.22 5555定时时器原理理图表1 5555定时器器功能表表输入输出阀值输入入()触发输
10、入入()复位()输出()放电管TT00导通11截止10导通1不变不变组成的脉脉冲电路路如图3.33所示：R2R1图3.33 脉冲冲电路根据功能能表和电电路图计计算如下下：取R1=10kkW，R2=100 kW，C=1.66uF。即即可实现现输出44Hz的的矩型方方波。值得注意意的是，在在输出端端接上了了一个开开关，可可以控制制系统工工作的开开始和暂暂停。3.3分分频电路路分频电路路利用计数数器74LLS1993来实实现，根据上面面计算取取4分频，即即输出为为端，电电路如图图3.44所示：时间脉冲图3.44 分频频电路3.4倒倒计时电电路十字路口口要有数数字显示示，作为为倒计时时提示，以以便人们
11、们更直观观地把握握时间。具具体为：当某方方向绿灯灯亮时，置置显示器器为某值值，然后后以每ss减1的的计数方方式工作作，直至至减到数数为5和0，十字字路口绿绿、黄、红红灯变换换，一次次工作循循环结束束，而进进入下一一步某方方向的工工作循环。根根据题目目的要求求南北方方向（主主干道）车车道和东东西方向向（支 干道）车车道两条条交叉道道路上的的车辆交交替运行行，主干干道每次次通行时时间都设设为300s、支干干道每次次通行时时间为220s。也就就是一个个循环是是50ss，如此先先显示330s后显示示20ss倒计时时，然后后再显示示30ss倒计时时，以此此类推。设计时采采用两块块74LLS1993，一一
12、块是显显示十位位，一块块是显示示个位。个个位接成成十进制制，从99开始倒倒计时，当当到达00时，向向高位发发出一个个借位信信号，再再继续从从9倒计计时。一一开始使使十位数置数为为3，二进进制为000111，个位数数为0，二进制为0000，此时个位产生一个借位信号给十位的脉冲输入端，十位的74LS193芯片倒计时一次，结合个位的设置，电路从30开始倒计时。当主车道绿灯亮了25s，倒计时也已经数到了5了，此时，个位显示5，十位显示0，主车道的绿灯熄灭，主车道的黄灯开始倒计时闪亮5s，当倒计时到0后，个位芯片74LS193发出一个借位信号，向高位借数，但是高位已经是0了，按照要求此时十位应该是从0翻
13、转2，即二进制0010，为了实现这功能，通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制是从0011、0010、0001到0000计数完，翻转为二进制0010，然后从0010、0001到0000倒计时，当到0000后就结束一个循环，又从0011开始新的一个循环。从二进制0011和0010两个不同的预置数，发现可以用1个D触发器74LS74接成T触发器并把Q端接至十位倒计时的最低位来完成这个功能。高位产生借位信号时将Q端的信号置入，当这个借位信号（低电平）消失后，产生一个上升沿的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个借位信号来时就把此时的Q值置入（此时Q值为原来的非，即由0变1或由1变0），然后翻转。
14、通过以上置数方式可实现0011和0010的交替置入。另外，通过在特定时刻（倒计时高位由0000变为0010后）对T触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最后将电路的倒计时接到译码器74HC4511，再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出倒计时电路如图3.5所示：图3.55倒计时时电路3.5状状态控制制电路如图2.1，用用倒计时时控制灯灯的变化化，先将将图示状状态0、11、2、33编码为为00、001、110、111，当当倒计时时为300、20、5的时候候产生一一个信号号给状态态转换的的电路，而而这个信信号是电电平信号号的话就就很难实实现，所所以又用用了边沿触触发，此此时用计计
15、数器表表示状态态，取其其低两位位的计数数态000、01、10、11为灯灯的状态态，这样样的话，来来一个边边沿信号号就能使使计数器器加一，实实现上述述四状态态转换。画出状态控制电路信号转换表如表2所示：表2 状状态控制制电路信信号转换换表高位低位状态转换换信号CP（）001110000000100000000000001011由表得出出CP（）的的表达式式：电路图如如图：控制脉冲图3.66 状态态控制电电路3.6 灯显示示电路首先要把把控制的的脉冲接接入计数数器744LS1193的的非减数数的脉冲冲端，因因为脉冲冲主要有有四个，四四个为一一个循环环，只取取计数器器的低位位两位即即可，除除了让计计
16、数器工工作的接接入端需需要接电电平外，其其他端都都不用接接，再将将计数器器的低两两位接入入译码器器74LLS1338的低低位两端端，从译译码器输输出四位位、信号，低低电平有有效，每每一种低低电平表表示一种种状态，用、表示主干道的绿灯、黄灯、红灯，用、表示支干道的绿灯、黄灯、红灯，用、表示主干道方向上的人行道，用、表示支干道上的人行道，得出状态表如表3所示。表3灯显显示电路路状态表表状态译码信号号主车道支车道主人行道道支人行道道00111001 0 00 0 11 00 101110110 1 00 0 11 00 110101110 0 11 0 00 11 011011110 0 10 1
17、00 11 0由表得个个各个灯灯的表达达式：=+=+=+=+=为了让黄黄灯能每每s闪亮一一次，可可以在黄黄灯那里里加入一一个与门门，把黄黄灯发亮亮的信号号当成是是与门的的开通信信号，与与门的另另一端接接入时间间脉冲，那那么黄灯灯就可以以实现每每s闪亮一一次的功功能了。画画出灯显显示电路路如图3.7所示示：红灯主车道绿灯红灯人行道行人道绿灯红灯黄灯红灯绿灯绿灯黄灯支车道时间脉冲控制脉冲图3.77 灯显显示电路路3.7 总体电电路图根据上面面各功能能电路的的设计整整合，用用prooteuus仿真真软件画画出总体体电路图图如3.8所示示：图3.88 交通通灯控制制电路4 实验验数据和和误差分分析1电
18、源电电路：表4 电电源电路路误差分分析表理想值实验值误差电压输出出5v5.044v0.8%结论：与与理想值值相差微微小，原原因为元元器件本本身问题题，符合合设计要要求。2十字路路口交通通灯转换换数据统统计:表5 交交通灯转转换数据据统计表表次数主干道支干道20次绿黄黄红红绿绿黄黄红红绿正确正确正确正确正确正确结论：干干道交通通灯转换换无问题题。3 人行行道交通通灯转换换数据统统计：表6 人人行道转转换数据据统计表表次数主干道20次绿闪闪红红绿正确正确正确结论：人人行道交交通灯转转换无问问题。4 调试试中发现现倒计时时的过程程中，从从20倒倒计时至至00，再再变为330或是是从300倒计时时至0
19、00，再变变为200，都有有一瞬间间有短暂暂的加快快计数状状态，本本来是一一秒倒计计一次，但但实际上上可能是是0.77s左右右。结论：这这样的误误差很小小，不影影响整个个系统的的功能。5 课程程设计的的收获、体体会和建建议致 谢感谢学校校给我们们锻炼的的机会，感感谢老师们们的指导导，在组组员们的的努力下下，和同同学们的的互相帮帮助，互互相启示示，最终终设计出出电路来来，非常常感谢在在过程中中帮助过过我们的的每一个个人！ 在电路路设计和和论文写写作的过过程中，得得到了许许多同学学的宝贵贵建议，同同时还得得到他们们的支持持和帮助助，在此此一并致致以诚挚挚的谢意意。 最后，向向在百忙忙中抽出出时间对
20、对本文进进行评审审并提出出宝贵意意见的各各位老师师表示衷衷心地感感谢！参 考 文 献献1康康华光.电子技技术基础础模拟部部分.第第5版.北京：高等教教育出版版社，220066 .4485-50002康康华光.电子技技术基础础数字部部分.第第5版.北京：高等教教育出版版社，220066.1-43003刘刘明丹.基于数数字电路路对交通通灯控制制的研究究与设计计.实验验技术与与管理.20005，222(66)：003-0064任任中民.交通灯灯数字控控制系统统的电路路设计.辽宁省省交通高高等专科科学校学学报.220055，7(2)：45-465陈陈宗梅.交通灯灯控制系系统电路路设计.重庆职职业技术术学院学学报.220055，144(2)：1224-1125附录一 交通灯灯控制电电路附录二各各芯片引引脚图74LSS1933 774LSS1388附录三 电子元元器件清清单元器件数量开关3发光二极极管102位共阴阴极数码码管214脚管管脚916脚管管脚724脚管管脚28脚管脚脚1可调电阻阻（100k）1555计计数器174LSS1933474LSS04445111274LSS00274LSS74174LSS1388174LSS32174LSS201导线电阻阻电容若干21