簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器課程設(shè)計(jì)

1、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器 學(xué)院（部） 汽車學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 6 月 29 日至 7 月 3 日 共 一 周目錄一、 主要技術(shù)指標(biāo)和要求 2二、 摘要 2三、 總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇 2四、 設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明1、 設(shè)計(jì)方案的原理框圖 32、 總體電路原理圖及說明 4五、 單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算 1、CP脈沖發(fā)生器電路 52、主控電路模板 73、組合邏輯電路模塊 84、負(fù)載電路 11六、 收獲與體會(huì)，存在的問題 12七、 參考文獻(xiàn) 13八、 附件（元件材料清單、原理電路圖或其他說明） 1

2、4一、 主要技術(shù)指標(biāo)和要求（1） 定周控制：主干道綠燈亮45秒，只感支干道綠燈亮25秒；（2） 每次由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡；（3） 分別用紅、黃、綠色放光二極管表示信號(hào)燈；（4） 設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路。二、 摘要在現(xiàn)代城市中，紅綠交通信號(hào)燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。目前的交通信號(hào)燈電路大多分為主干道電路和支干道電路，通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐贩謩e對(duì)主干道和支干道進(jìn)行控制，達(dá)到合理的亮滅規(guī)律，從而很好的規(guī)范人們的出行秩序。本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器方案分四大模塊：1，脈沖信號(hào)發(fā)生模塊。采用555秒脈沖發(fā)生器提供脈沖信號(hào)；2，主控制器模塊。采用74LS161型4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)

3、器加上清零電路；3，組合邏輯電路模塊。利用74LS161的四個(gè)輸出端和門電路構(gòu)成組合邏輯電路來輸出相應(yīng)的高電平或低電平；4，負(fù)載。通過這四個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈的控制。三、 總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇方案一：用多個(gè)不同步的信號(hào)分別控制各信號(hào)燈的開關(guān)，即分別用持續(xù)45S、5S、25S、5S的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器來控制各信號(hào)燈。方案二：交通信號(hào)燈的狀態(tài)可以分為四種，且四種狀態(tài)的周期和為T=45+5+25+5=80S，所以信號(hào)燈的每個(gè)循環(huán)周期為80S，因此，可以利用兩個(gè)74LS290型十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成一個(gè)八十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器的周期為80*1S=80S。電源接通時(shí)，計(jì)數(shù)器為零，此時(shí)主干道綠燈和支干道紅燈點(diǎn)亮，其余燈

4、關(guān)滅；此后，經(jīng)過組合邏輯電路使得當(dāng)計(jì)數(shù)器的第45個(gè)脈沖、50個(gè)脈沖、75個(gè)脈沖和80個(gè)脈沖到來時(shí)，分別控制信號(hào)燈狀態(tài)改變，達(dá)到預(yù)計(jì)要求。方案三：選擇74LS161型同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其共有十六個(gè)狀態(tài)。用555定時(shí)器產(chǎn)生周期為5S的時(shí)鐘脈沖，所有計(jì)數(shù)器循環(huán)周期為16*5=80S，并對(duì)應(yīng)信號(hào)燈的80S工作循環(huán)。然后將計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端接上相應(yīng)的組合邏輯電路，產(chǎn)生高電平或低電平分別控制六個(gè)信號(hào)燈。電源接通時(shí)，計(jì)數(shù)器為零，此時(shí)主干道綠燈和支干道紅燈點(diǎn)亮，其余燈關(guān)滅；此后，經(jīng)過組合邏輯電路使得當(dāng)計(jì)數(shù)器的第9個(gè)脈沖、10個(gè)脈沖、15個(gè)脈沖和16個(gè)脈沖到來時(shí)，分別控制信號(hào)燈狀態(tài)改變，達(dá)到預(yù)計(jì)要求。綜合分析，

5、方案一電路比較復(fù)雜，且要使用我們不熟悉的減法計(jì)數(shù)器；方案三采用74LS161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與方案二的八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更容易實(shí)現(xiàn)，且我們對(duì)74LS161型四位同步二級(jí)制計(jì)數(shù)器更加熟悉。所以選擇方案三。四、 設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明1、設(shè)計(jì)方案應(yīng)滿足的信號(hào)燈亮滅表0-45S45-50S50-75S75-80S主干道綠燈亮黃燈亮紅燈亮支干道紅燈亮綠燈亮黃燈亮設(shè)計(jì)方案的原理框圖脈沖信號(hào)發(fā)生器T=5S計(jì)數(shù)器電路 清零電路 74LS161組合邏輯電路負(fù)載信號(hào)燈圖1 設(shè)計(jì)方案原理圖2、總體電路圖 電路工作原理簡(jiǎn)要說明：接通電源后，計(jì)數(shù)器清零，555定時(shí)器輸出周期為5S

6、的時(shí)鐘脈沖。計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)經(jīng)過譯碼電路后，完成如下功能：清零后，Q3=Q2=Q1=Q0=0，主干道綠燈和支干道紅燈置1點(diǎn)亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?個(gè)脈沖來到時(shí)，Q3=Q0=1，Q2=Q1=0，主干道黃燈和支干道紅燈置1點(diǎn)亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?0個(gè)脈沖來到時(shí)，Q3=Q1=1，Q2=Q0=0，主干道紅燈和支干道綠燈置1點(diǎn)亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?5個(gè)脈沖來到時(shí)，Q3=Q2=Q1=Q0=1，主干道紅燈和支干道黃燈置1點(diǎn)亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?6個(gè)脈沖來到時(shí)，Q3=Q2=Q1=Q0=0，主干道綠燈和支干道紅燈置1點(diǎn)亮，其他燈置0關(guān)滅，即進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。五、 單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電

7、路參數(shù)計(jì)算1、 CP脈沖發(fā)生器電路CP脈沖發(fā)生器由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，不需要外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。下圖是CB555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路注：R1，Rp，R2，C是外接元件。第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp1，即電容C的充電時(shí)間為：tp1=R1*C*ln20.7R1*C；第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp2，即電容C的充電時(shí)間為：tp2=R2*C*ln20.7R2*C；振蕩周期T=tp1+tp2=0.7(R1+R2)*C=5S;振蕩頻率為f=1/T0.2Hz;得(R1+R2)*C=7.14，即(R1+R2+Rp)*C=7.14;根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果

8、，我選擇R1=R2=240K，Rp=240K，C=10F，T=0.7(R1+R2+Rp)*C=5.04S，與要求結(jié)果近似相等，選擇方案可行。Vcc=5V,調(diào)節(jié)Rp時(shí)，通過二極管的最大電流Imax=5/2400000.00002A=0.02mA。所以，選擇2AP2二極管，其最大整流電流為16mA，反向工作峰值電壓為30V。針對(duì)555定時(shí)器，我們選擇CB555芯片，其管腳圖和原理電路圖見附件。2、 主控電路模板主控電路主要由74LS161型同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和清零電路構(gòu)成。A 計(jì)數(shù)器電路。按照要求，交通信號(hào)燈的亮滅規(guī)律：主干道支干道狀態(tài)紅燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈0S亮滅滅滅滅亮145S滅亮滅滅滅亮

9、250S滅滅亮亮滅滅375S滅滅亮滅亮滅480S亮滅滅滅滅亮1按照信號(hào)燈的亮滅規(guī)律，可以將信號(hào)燈的狀態(tài)分為四種，且四種狀態(tài)的周期和為 t1+t2+t3+t4=80S。主控電路觸發(fā)器選用74LS161型十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將CP脈沖發(fā)生器電路產(chǎn)生的五秒脈沖加在計(jì)數(shù)器的CP端，由Q3Q2Q1Q0輸出信號(hào)，作為邏輯電路的輸入。B、清零電路。電路在開始工作前應(yīng)先進(jìn)行清零工作，以保證計(jì)數(shù)器的初始狀態(tài)Q3=Q2=Q1=Q0=0。清零支電路由兩個(gè)電阻和一個(gè)電容組成，其電路圖： 清零電路簡(jiǎn)要說明：經(jīng)查找資料，74LS161型十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的清零端低電平有效，即電壓要小于0.4V，清零完成時(shí)，高電平電壓要大于2.4

10、V。當(dāng)接通電源時(shí)，電源為清零電路提供一個(gè)5V的電壓，電容進(jìn)行充電，要保證電路能夠正常清零，充電時(shí)間要大于20nS，并且清零后C1兩端電壓U要大于2.4V。因此選擇C1=10F，R3=10，R4=1000則充電時(shí)間T=C1*R3=0.00001S>>20nS， U=5/(10+1000)*10004.95>2.4V滿足清零要求。3、 組合邏輯電路模塊a.根據(jù)設(shè)計(jì)要求，得到計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出與信號(hào)燈狀態(tài)表 (G1,Y1,R1分別表示主干道上的綠燈，黃燈，紅燈;G2,Y2,R2分別表示支干道上的綠燈，黃燈，紅燈;其中1表示燈亮，0表示燈滅)計(jì)數(shù)脈沖數(shù)Q3Q2Q1Q0G1Y1R1G2Y2

11、R2狀態(tài)0000010000111000110000120010100001300111000014010010000150101100001601101000017011110000181000100001910010100012101010 001100311101100110012110000110013110100110014111000 110015111100101041600001000011根據(jù)邏輯狀態(tài)表，可以分別得到六個(gè)信號(hào)燈的邏輯表達(dá)式：根據(jù)以上邏輯式，應(yīng)用與門、或門、非門組合邏輯門電路設(shè)計(jì)信號(hào)燈控制電路，分別控制六個(gè)信號(hào)燈。 電路圖如下： G1 Y1 R1 G2 Y2 R

12、2 Q3 Q2 Q1 Q0本電路共有12個(gè)非門、3個(gè)2輸入端或門、7個(gè)雙輸入端與門、1個(gè)三輸入端與門、2個(gè)四輸入端與門、1個(gè)三輸入端或門。經(jīng)過上述邏輯組合電路之后，由計(jì)數(shù)器發(fā)出的四個(gè)輸入信號(hào)可以通過相應(yīng)的組合邏輯電路產(chǎn)生高電平或低電平，分別控制六個(gè)信號(hào)燈的亮滅狀態(tài)。4、 負(fù)載電路當(dāng)邏輯門電路輸出為高電平時(shí)，發(fā)光二極管正向?qū)?，信?hào)燈亮；當(dāng)邏輯門輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管截止，信號(hào)燈滅；從而實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)燈亮滅的功能。電路運(yùn)行中，為了防止由于電路中電流過大，而導(dǎo)致發(fā)光二極管損壞，采用3K的限流電阻加以限流。 負(fù)載信號(hào)燈電路元件選擇及相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算：在不考慮其他電阻的情況下，通過二極管的最大電流I

13、m=5/30001.67mA，經(jīng)查資料可以選擇：SL-0603UG型綠光發(fā)光二極管（最大整流電流Im=0.02A）BQ5446URD型紅光發(fā)光二極管（最大整流電流Im=0.02A）SL-HF3020型黃光發(fā)光二極管（最大整流電流Im=0.02A）六、 收獲與體會(huì)，存在的問題1. 收獲與體會(huì)電工與電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐周，是以學(xué)生自己動(dòng)手動(dòng)腦，它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識(shí)和創(chuàng)新啟蒙有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時(shí)代的大學(xué)生，僅會(huì)書本理論是不夠的，基本的動(dòng)手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器，盡管這個(gè)在理論上來講并不是很難，但是實(shí)際設(shè)計(jì)

14、的時(shí)候，我們還是遇到了不小的難題。首先，雖然課本上有相關(guān)電路的知識(shí)，老師也給我們講過這方面的知識(shí)，但是，真正遇到讓我們自己設(shè)計(jì)一個(gè)，一切從零控制器開始時(shí)，我們就有點(diǎn)茫然不知所措了。書到用時(shí)方恨少，我們深深體會(huì)到了課堂上所學(xué)知識(shí)的局限性。對(duì)于一些電子元件的選擇，電路的連接，電路圖的繪制等等方面，我們一開始都沒法下手。后來，我們通過查閱資料，通過網(wǎng)絡(luò)的范本，慢慢地了解、認(rèn)識(shí)，最終完成了這份課程設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，我的體會(huì)主要有以下幾點(diǎn)。第一、課本知識(shí)的局限性。我們課堂上所學(xué)的知識(shí)只是限于理論上的，但是實(shí)際應(yīng)用起來，有很多問題需要考慮，因此，必須通過各種方法來了解這些細(xì)節(jié)問題。第二、平時(shí)要保持良好的

15、學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)態(tài)度。這次設(shè)計(jì)充分地暴露了我們電工技術(shù)知識(shí)的不足。因此，平常我們學(xué)習(xí)的時(shí)候，不應(yīng)該局限于課堂知識(shí)，而應(yīng)該廣泛地涉略，時(shí)刻保持良好的學(xué)習(xí)積極性和心態(tài)。第三、要學(xué)習(xí)一些實(shí)用軟件。本次設(shè)計(jì)需要畫電路圖，我們由于不會(huì)使用Protel 和Protues，所以畫電路圖很麻煩。平常，我們應(yīng)該多學(xué)習(xí)這類實(shí)際應(yīng)用型的軟件，這對(duì)于日后發(fā)展都是有很大作用的。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第

16、一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。2. 問題與不足 本次課程設(shè)計(jì)中還存在著許多問題，比如：組合邏輯電路部分電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、使用的電子元件過多等，我認(rèn)為這于我們自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)思路不夠靈活，知識(shí)儲(chǔ)備不夠扎實(shí)有密切關(guān)系。只有在以后的學(xué)習(xí)中注重積累，善于總結(jié)，才能將知識(shí)融會(huì)貫通，靈活運(yùn)用。七、 參考文獻(xiàn)1. 電工學(xué)下冊(cè)-電子技術(shù)，秦曾煌主編，高等教育出版社。2. 現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)踐與課程指導(dǎo)，謝云，易波等主編，機(jī)械工業(yè)出版社。3. 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，蔡忠發(fā)主編，浙江大學(xué)出版社。4. 電子電路實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用課題設(shè)計(jì)，盧潔成，陳立生等，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社。5. 電工電子技術(shù)，劉耀元主編，北京理工大學(xué)出版社。八、 附件（元件材料清單、原理電路圖或其他說明）1 元件材料詳細(xì)清單序號(hào)名稱型號(hào)參數(shù)數(shù)量1定時(shí)器CB55512十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16113紅光發(fā)光二極管BQ5446URD24黃光發(fā)光二極管SL-