數(shù)字電路交通燈課程設(shè)計(jì)論文

1、哈爾濱師范大學(xué)學(xué)年論文題 目 交通燈課程設(shè)計(jì)學(xué) 生 朱光杰指導(dǎo)教師 李晶 講師年 級(jí) 2006級(jí)專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 別 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系學(xué) 院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院哈爾濱師范大學(xué)2008年6月論 文 提 要在一個(gè)交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設(shè)也沒有交警，那會(huì)發(fā)生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會(huì)陷入一片混亂，甚至癱瘓。當(dāng)然我們每個(gè)人都不希望這樣。我們作為社會(huì)的一員，每人都有責(zé)任為它的更加先進(jìn)和快捷做出力所能及的事情。我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)信號(hào)控制系統(tǒng)可以通過交通燈控制東西方向車道和南北方向車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都可以根據(jù)實(shí)際情況預(yù)

2、設(shè),用以減少交通事故的發(fā)生概率。并且經(jīng)過些次實(shí)驗(yàn)使得我們對(duì)電子技術(shù)課程內(nèi)容的理解和掌握有了更深一層的認(rèn)識(shí)，也學(xué)會(huì)使用半導(dǎo)體元件和集成電路，掌握電子電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的綜合能力，也為將來的就業(yè)或繼續(xù)深造做好準(zhǔn)備。交通燈課程設(shè)計(jì)論文朱光杰摘 要：設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，實(shí)現(xiàn)東西方向車道和南北方向車道兩條交道路上的車輛交替運(yùn)行的控制，每次通行時(shí)間都設(shè)為645秒。時(shí)間可設(shè)置修改。在綠燈紅燈亮前，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。方向南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯（采用倒時(shí)的方法）。同

3、步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。 關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)原理與參考電路 過程與效果分析交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說“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還是無法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號(hào)燈也應(yīng)國際化。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜

4、合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城

5、市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。以下就交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。設(shè)計(jì)原理與參考電路東西方向車道信號(hào)燈1、交通燈控制系統(tǒng)的原理如下：倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器秒脈沖發(fā)生器信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器南北 方向車道信號(hào)燈T5T02、 信號(hào)轉(zhuǎn)換狀態(tài)1：東西方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行。狀態(tài)2：東西方向車道的黃燈亮，車道，人行道緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；狀態(tài)3：東西方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；狀態(tài)4：東西方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的黃燈亮，車道

6、，人行道緩行；3、 方案選用JK觸發(fā)器，設(shè)狀態(tài)編碼為：S0=00S1=01S2=11 S3=10，其輸出為Q1 Q0，則其狀態(tài)表為：表1 狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1GaYaRaGbYbRb0001100001011101000111100011001000001010圖1電路接法圖4、 倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計(jì)時(shí)提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1，計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“”和“”，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計(jì)時(shí)過程中計(jì)數(shù)器還向譯

7、碼器提供模5的定時(shí)信號(hào)T5和模0的定時(shí)信號(hào)T0。作G=0時(shí)的卡諾圖：BCA 00 01 11 10X111110010 倒計(jì)時(shí)顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)并顯示計(jì)數(shù)器的輸出值。計(jì)數(shù)器選用集成電路74190進(jìn)行設(shè)計(jì)。74190是十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實(shí)現(xiàn)清零功能。表2 74190的狀態(tài)表 CTEND/UCLKLOADA B C DQA QB QC QD0XX0X X X XA B C D01POS1X X X XCount Down00POS1X X X XCount U

8、p1XXXX X X XQa0 Qb0 Qc0 Qd0現(xiàn)選用兩個(gè)74190芯片級(jí)聯(lián)成一個(gè)從可任意設(shè)定時(shí)間0099倒計(jì)至00的計(jì)數(shù)器，其中作為個(gè)位數(shù)的74190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器（頻率為1），再把個(gè)位數(shù)74190芯片輸出端的QA、QD用一個(gè)與門連起來，再接在十位數(shù)74190芯片的CLK端。當(dāng)個(gè)位數(shù)減到0時(shí)，再減1就會(huì)變成9， 0（0000）和9（1001）之間的QA、QD同時(shí)由0變?yōu)?，把QA、QD與起來接在十位數(shù)的CLK端，此時(shí)會(huì)給十位數(shù)74190芯片一個(gè)脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。具體連接方法如圖2：圖2 計(jì)數(shù)器連接圖信號(hào)LD由兩個(gè)芯片的8個(gè)輸出端用或門連起來，決定倒計(jì)時(shí)是置數(shù)，還是計(jì)

9、數(shù)。工作開始時(shí)，LD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00時(shí)，LD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。 圖3 預(yù)置數(shù)功能說明圖預(yù)置數(shù)（即車的通行時(shí)間）功能：如圖3所示，個(gè)開關(guān)分別接十位數(shù)74190芯片的D、C、B、A端和個(gè)位數(shù)74190芯片的D、C、B、A端。預(yù)置數(shù)的范圍為698。假如把通行時(shí)間設(shè)為25秒，就像圖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。（接電源相當(dāng)于接1，接地相當(dāng)于接） 圖4 譯碼器向譯碼器提供模5的定時(shí)信號(hào)T5和模0的定時(shí)信號(hào)T0：T0表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時(shí)間，因?yàn)?/p>

10、到00時(shí)，計(jì)數(shù)器重新置數(shù)），T0=1，此時(shí)T0給譯碼器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一個(gè)方向的綠燈亮，另一個(gè)方向的紅燈亮。接法為：把兩個(gè)74190計(jì)數(shù)器的8個(gè)輸出端用一個(gè)集成的八輸入一輸出或門連起來。T5表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“05”時(shí)。T5=1，此時(shí)T5給譯碼器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“05”（0000 0101）時(shí)，把十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD連同個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QB、QD用一個(gè)或非門連起來，再把這個(gè)或非門與個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QC用一個(gè)與非門連接起來。具體連接方法如圖4所示。要求黃燈每秒閃一次，用一個(gè)頻率為1的脈沖一端與控制黃

11、燈的輸出信號(hào)的JK觸發(fā)器連接起來，另一端再接到黃燈。整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局黃燈閃爍控制如圖5所示圖5 交通燈控制圖過程與效果分析1、根據(jù)題目的要求，整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)需要有4個(gè)時(shí)間顯示器，28個(gè)交通燈。我在這里共接了6個(gè)時(shí)間顯示器，其中4個(gè)用于交通倒計(jì)時(shí)，另外2個(gè)用于顯示當(dāng)前置數(shù) 圖6 模擬輸出界面 2、點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕,便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為25秒，打開開關(guān)后，東西方向綠燈亮，“東來西往”的行人車輛都可自由通行；南北方向車道的紅燈亮，南來北往的行人車輛皆禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的25秒，以每秒減1，減到數(shù)5時(shí)，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，

12、其余燈都不變。減到數(shù)1時(shí)，1秒后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的25秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，人行道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；南北方向車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈，人行道的綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈。如此循環(huán)下去。3、修改通車時(shí)間為其它的值再進(jìn)行仿真（時(shí)間范圍為698秒），效果和上面差不多，東西方向車道的綠燈亮，時(shí)間倒計(jì)數(shù)5，車燈進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，到0秒時(shí)又進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且時(shí)間重置為預(yù)置的數(shù)值，如此循環(huán)。開始拿到題目的時(shí)候,還不知道怎么去做,因?yàn)樽约簩?duì)這門課的一般設(shè)計(jì)都不是很會(huì).對(duì)很多的芯片的功能都不是很清楚通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力.現(xiàn)在設(shè)計(jì)已經(jīng)做好了,自己感覺還是比較好的,雖然花了很多的時(shí)間,但學(xué)到了

13、很多東西.做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候,自己把整個(gè)書本都看了幾遍,增強(qiáng)了自己對(duì)知識(shí)的理解,很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了.在課程設(shè)計(jì)的過程中,我想了很多種方案,對(duì)同一個(gè)問題(像計(jì)數(shù)器的接法)都想了很多種不同的接法,運(yùn)用不同的芯片進(jìn)行了比較,最后還是采取了上面的方法進(jìn)行連接.在連線過程中,經(jīng)常會(huì)遇到一些問題,比如接錯(cuò)線,無意中刪除了一些線等,使自己感覺到有點(diǎn)點(diǎn)的力不從心.從開始做課程設(shè)計(jì)那天起,腦中天天都想著同樣的問題,怎么去接線,怎么去把電路弄得更加簡單,怎么別人更容易看懂.但似乎時(shí)間過得真的很快,我用了好幾天才把它完全弄完,完成后,心里有一種說不出的高興.這次課程設(shè)計(jì)之后,使我明白了,做任何事情都要認(rèn)真仔細(xì),不然的話,你會(huì)花更多的時(shí)間才會(huì)做好.課程設(shè)計(jì)有利于提高我們的動(dòng)手能力,能把我們所學(xué)的