新型交通灯控制管理器

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　文件编号：0 2020 年 年 6 6月

　新型交通灯控制管理器

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　 天津职业技术师范大学 课程设计 课程题目：新型交通灯控制管理器

　设计成员：王昕 徐盼盼 梁佳欣 邓裕明

　指导教师：谷金清 孔维敬 1.题目 新型交通灯控制管理器 2.主要技术指标 东西南北两个方向的信号灯必须交替工作，显示采用 LED 光柱或数码管倒计时的方式，遇有紧急情况可人为将两个方向都设置为红灯。

　3.方案论证及选择 方案一：用时间控制交通灯的状态转换 （1）本方案的主要思想是用时间控制交通灯状态的转换，时间变化是有规律的。先南北直行红灯亮，而后黄灯亮 3 秒， 再直行绿灯亮 27 秒，黄灯亮 3 秒；然后南北转弯绿灯亮，黄灯亮，南北交通灯都亮红灯；东西交通灯以同样规律变化。

　（a）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮 3 秒，黄灯亮时， 绿灯灭。

　（b）要求在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）时均有倒计时显示。所以基本符合现实功能，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行。

　（2）基本功能、扩展功能分析

　 考虑交通灯的功能，一个十字路口至少需 8 组交通灯：东西南北各两组，一组指挥转弯，一组指挥直行。而设计的关键是控制交通灯的亮灭。考虑南北、东西方向灯的亮灭规律相同，故可以考虑用四组交通灯来模拟实际的八组交通灯：东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。可用计数器控制时间，在不同的时间显示不同的灯。根据设计分析，可以采用如下方案实现交通灯显示：通过计数来计时，不同的时间输出不同的使能信号，使各方向的不同交通灯显示不同的颜色。夜间车少需交通灯，则红灯、绿灯灭，黄灯闪烁使司机明白前方为十字路口，小心行驶。倒计时显示需设计不同的倒计时计数器，显示不同方向交通灯的显示时间，通过数码管显示时间，使行人方便 （3）方案二：当交通灯自动运行时，通行方向进行 24S 倒计时，其中绿灯时间为 20S，在此期间禁行方向一直为红灯，计数器在交通灯变方向时重复计数。当调到手动状态时可提供脉冲让交通灯循环变快或变慢。电路还有夜间功能，夜间时打到此档，则电路停止循环工作，只有黄灯闪烁。当南北向绿灯亮，而东西向红灯亮时，使南北向的 74LS168 以减法

　计数器方式工作，从数字“24”开始下减，当减倒“00”时，南北向绿灯灭，红灯亮，而东西向红灯灭，绿灯亮。

　方案三：此方案红绿灯控制器主要有四块 555 和一些阻容元件接成单稳延时电路，四级电路首尾相接，依次延时触发，使交通灯依次出现一黄一红（色）信号，指挥行人和车辆在十字路口有秩序地通行（绿）---提醒注意（黄）---禁止通行（红）。当刚接通电源时，开启脉冲经 IC(CD4011)门电路和 R1、C1 延迟，C2、R22 微分后，触发 IC2。IC2 和 R4～R7、 C6 组成单稳延时电路，其定时时间长短取决于 K1 的置档位置，延时 td=,设定时间分别为 60 秒、45 秒、30 秒。

　暂稳结束时，IC2 的 3 脚转呈低电平，经 C3、R23 微分后，其下降沿又触发 IC3，形成第二级单稳延时，依次触发定时，完成绿色灯亮---黄色灯亮（8 秒、10 秒、12 秒）---红色灯亮（60 秒、45 秒、30 秒）的循环周期。

　本线路为控制电路及指挥岗亭内的监控显示部分。若真正用于交通指挥，应使控制信号去激励固态继电器，然后去驱动三色光灯泡。经过讨论研究，方案二原理清晰，易于操作。

　4.电路仿真 4.系统组成框图 6.单元电路设计

　 本部分由三部分组成：脉冲发生部分、红绿灯显示、倒计

　时计数显示。

　 脉冲发生部分：下图为 NE555 组成的多谐振荡电路，产生1Hz 的方波，用来计数器的 CP 信号。

　 红绿灯显示：由八位单向移位寄存器组成计数器电路，对时间 t 进行计数。经反相器及与门组成的译码器输出，分别控制东西南北各灯，其中黄灯为闪烁亮。

　 倒计时计数器：

　7.总体电路图 8.调试过程及测试结果 按照电路图焊接完电路后，再依照管脚仔细检查电路，以确 保没有错误。由于本次电路比较复杂，而且有些芯片实验室暂时没有，所以只好用功能相近的芯片代替，因此管脚需要重新分布。把电路接上电源和单脉冲后开始调试电路，由于电路复杂，接线多，所以难免出现漏接，错接现象，因此我们认真调试，争取能把电路调试成功。开始时，数码管有个没有亮灯，而且代替交通灯的二极管只有红灯亮。并不符合测试电路的要求。于是我们仔细检查，发现数码管的电源端接线没有焊牢，导致没有显示。重新焊接后数码管正常显示。在输出脉冲时发现黄灯不停闪烁，按下夜间控制开关，黄灯闪烁，说明夜间部分没有问题。但是数码管没有按照 24 秒计时，我们检查计数器的工作状态，发现计数器置入数据时 可以进行减法运算，黄灯亮灭时红灯却没有亮，导致数据无

　法进行减法运算。仔细察看电路的计数器焊接点，终于发现 74LS190 的 CP 脉冲端没有接入另一个 74LS190 的管脚，使其无法根据脉冲数据进行计数及减法运算。连接后，数码管正常计数。焊接过程中经常遇到的问题，如果不加以纠正将使电路无法工作，而且这个问题很难检查出来，也只能利用万用表检查，我们刚发现是由于接上电路发现发光二极管是一直点亮的，后来发现是由于一个焊点虚焊导致或门的一端输入为接空引起的。由于电路的复杂和焊接的繁杂，导致我们无法很好的仔细检查每个焊接点的错误，因此电路有时不稳定，数码管显示时隐时现。但最后我们还是终于把电路调试成功，完全符合课程设计的要求。

　9.主要元件清单 芯片：7448N、4 个

　 74192N、4 个

　 74LS164D、1 个

　74LS04、1 个

　 74LS08、3 个

　74LS00、1 个

　NE555、1 个

　 共阴数码管、4 个 二极管：IN4007、6 个 电阻：240Ω、28 个

　470Ω、6 个

　 1KΩ、1 个

　30KΩ、1 个 电容：10 微法 1 个 发光二极管：红色 2 个、黄色 2 个、绿色 2 个 排针：P10、一排

　导线若干 10.总结

　电 1302 34

　王昕：本周的焊接电路实验我们选做的事交通灯控制电路，电路比较复杂，而且芯片有些也被代替了，但是我们仍然把这个电路做好了。在这期间我们查阅了大量的资料，并且上网查了有关管脚和电路图的信息，通过实践与理论相结合，了解了很多有关电路的原理，交通灯的构造和原理，每部分的原理都得到了充分的认识，脑子里有了模型有了理论后，再把理论付诸实践，使我们更加深了 555 和74LS 系列的原理，在运用时才不会感到陌生。明白了校训“动手动脑”的意义。在这次课程设计中，我和组员相互配合相互帮助，在遇到很多困难时能够用乐观积极的心态来看待。我们合作的非常愉快，我想在团体设计中，团队精神是非常重要的。

　电 1302 39 徐盼盼：在这次实训过程中，开始时是设计阶段也没太在意，后来到动手的时候觉得遇见了好多没想到的问题，然后一个一个的解决，我想这也是最吸引我们的地方，当真正投入时才发现乐在其中。以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。在设计过程中，遇到了书本中不曾学到的情况。同时，由于是四人合作制作，是我们学到在将来大规模电路设计中，团体协作是多么的重要。在我们的通力协作之下，电路终于焊完了。但是我们同时也明白了

　我们在设计电路过程中的缺点和不足，理解了书本跟实践的区别，十分感谢学校的用心。一周的设计使我学到了很多， 每天都在紧张地准备和操作中，不仅增强了我的专业知识， 而且让我明白了不论在哪里都是自己学习的地方，都有自己学习的技巧。感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。

　 电 1302 18 梁佳欣：实训中很多时候我们只是照着电路图按部就班的焊接，并没有经过思考或者去论证其原理的对错，还有就是我们焊接时经常会造成虚焊和错焊，这就是我们焊接的基本功还没有达到的缘故，我希望在今后的设计中能够总结以往的经验教训，不但学习课本知识，而且还学习课外知识，这才是我们所要达到的目的。在这次实训中，我不但训练了焊接电路的能力，而且还学习了许多有关电路方面的知识，学习了很多电路原理和知识，并真切感受到理论联系实际的重要和必要性。两周的实验课程设计结束了，我们都从中学到很多东西，但是学习永无止境，课程设计给我们这个平台去展示自己，未来还有更多的需要自己学习的地方，更多需要展示自己的地方。我相信我们会越来越好。

　 电 1302 04 邓裕明：本周的实验课程设计的任务为交通灯控制管理器，确定任务后我们便从图书馆，网上查阅相关资料，分析其工作原理，结合我们的兴趣爱好，经过共同讨论，我们开始计算元件参数，并列出了元件清单。周二买到元件

　后，便开始对整个电路进行布局。在这个过程中，由于对原理图分析比较透彻，各个芯片的功能及其管脚的连接都作过仔细的分析，这一过程并没有遇到太大的困难。在组员的共同努力，不断讨论分析，仔细检查下，电路中终于调试成功。通过这一周的课程设计，发现动手的时候遇见了好多没想到的问题，然后一个一个的解决，我想这也是最吸引我们的地方，当真正投入时才发现乐在其中。而且我们对555及其74LS系列的芯片的功能都有了更深的了解和认识，提高了理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，同时，在整个过程中，我们首脑并用，共同讨论研究，彼此协作都非常愉快，增进了同学间的协作精神。

　11.参考文献 《电子技术基础》 作者：康文华 《电子电路设计与实践》作者：姚福安 《CMOS 数字电路应用 300 例》作者：肖景和

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