交通信號(hào)燈設(shè)計(jì) )

1、 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。  當(dāng)前，大量的信號(hào)燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)， 多值化方向發(fā)展隨著社會(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.隨著社會(huì)的發(fā)展,城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市交通成為制約城市發(fā)展的一大因素,因此,有許多設(shè)計(jì)工作者為改善城市交通環(huán)境設(shè)計(jì)了許多方案,而大多數(shù)都為交通指揮燈,本電路也正是基于前人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的.全部有數(shù)字電路組成,比

2、較以前的方案更為精確。 關(guān)鍵詞：控制器 計(jì)數(shù)器 信號(hào)燈 譯碼電路 目 錄一 、設(shè)計(jì)目的1二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析23.1設(shè)計(jì)方法23.2設(shè)計(jì)步驟53.3設(shè)計(jì)原理分析6四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)9五、參考文獻(xiàn)9 一 、設(shè)計(jì)目的中國最早的馬路紅綠燈，是于1908年出現(xiàn)在上海的英租。 從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。 當(dāng)前，大量的信號(hào)燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)， 多

3、值化方向發(fā)展隨著社會(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.隨著社會(huì)的發(fā)展,城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,城市交通成為制約城市發(fā)展的一大因素,因此,有許多設(shè)計(jì)工作者為改善城市交通環(huán)境設(shè)計(jì)了許多方案,而大多數(shù)都為交通指揮燈,本電路也正是基于前人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的.全部有數(shù)字電路組成,比較以前的方案更為精確。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)紅綠燈的自動(dòng)指揮是城市交通自動(dòng)化的重要課題。本課題利用數(shù)字路的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的交通燈控制系統(tǒng)要求。 1.掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和方法，掌握一個(gè)大的系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相互作 用和相互制約

4、關(guān)系； 2.運(yùn)用數(shù)字電路理論知識(shí)自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為完整的小型數(shù)字系統(tǒng)。通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路安排與調(diào)試、寫設(shè)計(jì)論文等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)的具體步驟和方法，提高分析問題和解決問題的能力，提高實(shí)際應(yīng)用水平； 3.學(xué)會(huì)用中規(guī)模器件設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的系統(tǒng)，并熟悉常用中規(guī)模器件的用法。 4.學(xué)會(huì)按照電路圖在面包板上合理布局使各器件在系統(tǒng)中的連線更簡單，清晰； 5.掌握連接實(shí)物圖的一般步驟和方法，學(xué)會(huì)系統(tǒng)安裝與調(diào)試的一般步驟和方法。 6.在實(shí)踐中運(yùn)用理論知識(shí)，培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力； 7.主干道的通行時(shí)間長于支干道的通行時(shí)間； 8.每次由綠

5、燈變?yōu)榧t燈或由紅燈變?yōu)榫G燈的前5秒四個(gè)路口要亮黃燈以提示過往車輛及行人注意路燈變化，安全通行； 9.設(shè)計(jì)正計(jì)時(shí)30s、20s計(jì)時(shí)數(shù)碼實(shí)現(xiàn)電路，要求每秒鐘改變一次數(shù)字；  10在一個(gè)主支干道的十字路口，東西和南北方向各設(shè)置一個(gè)紅，黃，綠三種顏色的交通燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行。在綠燈變紅燈時(shí)先要求黃燈亮5秒鐘，以便讓后來車輛準(zhǔn)備停車。由于主干道車輛較多，支干道車輛較少，所以要求主干道處于通行狀態(tài)的時(shí)間要長一些，為30秒；而支干道通行時(shí)間為20秒。三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析3.1設(shè)計(jì)方法 十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個(gè)主干

6、道和一個(gè)支干道的十字路口如圖3-1所示。每邊都設(shè)置了紅、綠、黃色信號(hào)燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時(shí)先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運(yùn)行。因?yàn)橹鞲傻郎系能囕v多，所以主干道放行的時(shí)間要長。設(shè)主干道通行時(shí)間為N1，干道通行時(shí)間為N2，主、支干道黃等的時(shí)間均為N3，按主支干道通行的時(shí)間來看，設(shè)置N1N2N3。系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。要實(shí)現(xiàn)上述交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制，則要求控制電路由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、主控制器、信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成，整機(jī)電路的原理框圖如圖所示。四個(gè)路口設(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計(jì)數(shù)、譯碼顯示器

7、。要實(shí)現(xiàn)上述交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制，則要求控制電路由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、主控制器、信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成，整機(jī)電路的原理框圖如圖所示。四個(gè)路口設(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計(jì)數(shù)、譯碼顯示器。    十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能：1）設(shè)開始時(shí)主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時(shí)間為30s。2）30s后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時(shí)間為5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時(shí)間為20s。4）50s后，主干道仍不通行

8、，支干道停車，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時(shí)間為5s。5s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復(fù)。因此，要求主控制電路也有4種狀態(tài)，設(shè)這4種狀態(tài)依次為：S0、S1、S2、S3。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。3.2設(shè)計(jì)步驟在電路板上按整機(jī)框圖把主控制器、計(jì)數(shù)器、信號(hào)燈譯碼器、數(shù)子顯示譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器焊接好然后按以下步驟進(jìn)行調(diào)試： 1秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的調(diào)試，按照數(shù)字電子鐘的方法逐級(jí)調(diào)試振蕩電路和分頻電路，使輸出設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。 2將秒脈沖信號(hào)送入主控制器的CP端，觀察主控制器的狀態(tài)是否是按00、01、10、11、00的規(guī)律變化。 3將秒脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器的CP端，接入主

9、控制器的狀態(tài)信號(hào)X0、X1，并把主控制器的狀態(tài)信號(hào)送入主控制器的CP端，觀察計(jì)說器是否按30秒、5秒、20秒、5秒、30秒循環(huán)計(jì)數(shù)。 4把主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)X1、X0接至信號(hào)燈的譯碼電路，觀察6個(gè)發(fā)光二極管是否按設(shè)計(jì)要求發(fā)光。 5整機(jī)聯(lián)調(diào)，使交通信號(hào)燈控制電路正常工作。   以上是本次設(shè)計(jì)的全過程，由以上分析知此設(shè)計(jì)所需材料有：1片74LS90、2片CD4511和2個(gè)共陽數(shù)碼管、1個(gè)555定時(shí)器、1片74LS04、3片74LS08、1片74LS32、14個(gè)400ohm電阻、1個(gè)50k電阻、1個(gè)43k電阻6個(gè)10 ohm電阻、2個(gè)1

10、0UF電容和導(dǎo)線若干。3.3設(shè)計(jì)原理分析十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能，實(shí)現(xiàn)這4個(gè)狀態(tài)的電路，可用兩個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，也可用一個(gè)二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器或二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。我采用二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90實(shí)現(xiàn)。 采用反饋歸零法構(gòu)成4進(jìn)制計(jì)數(shù)器,即可從輸出端QBQA得到所要求的4個(gè)狀態(tài)。圖4-1 74LS90管腳排列圖,邏輯圖如圖所示。為以后敘述方便，設(shè)X1=QB,X0=QA。74LS90管腳排列圖如表7 4LS90功能表：7 4LS90邏輯功能為(1)計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。  (2)計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQ

11、CQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。  (3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端， 則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。  (4)若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端， 則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。  (5)清零、置9功能。 a) 異步清零 74LS90功能表當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA0000。 

12、b) 置9功能 當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA1001。四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)經(jīng)過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我真正體會(huì)到了學(xué)有所用，同時(shí)也讓我更加深刻的了解數(shù)字邏輯電路。對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)，讓我印象深刻的是最后的調(diào)試過程，第一次摁下開關(guān)的時(shí)候，在心里祈禱自己的電路板不要出錯(cuò)，當(dāng)結(jié)果呈現(xiàn)在自己面前的時(shí)候，又開始檢查自己的電路板哪里出錯(cuò)，用萬用表測試每根電路，檢查焊接處焊的是否牢固，如果自己沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，全組的成員一起討論，一起研究，找出問題所在，直到調(diào)試成功。這次課程設(shè)計(jì)讓我體會(huì)到一種共同學(xué)習(xí)共同進(jìn)步的學(xué)習(xí)氛圍，體會(huì)到小組合作的重要性。整個(gè)設(shè)計(jì)我都參與其中，這令我的分析以及動(dòng)手能力有了很大的提高。也讓我明白在今后的學(xué)習(xí)