交通信號控制燈的設(shè)計方案

1、學(xué) 號： 0120811360118課 程 設(shè) 計題 目交通信號燈控制器設(shè)計學(xué) 院自動化學(xué)院專 業(yè)自動化專業(yè)班 級自動化0801班姓 名黎德剛指導(dǎo)教師鄧堅 林偉2010年07月08日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 黎德剛 專業(yè)班級： 自動化0801班 指導(dǎo)教師： 鄧堅 林偉 工作單位： 自動化學(xué)院 題 目: 交通信號燈控制器設(shè)計 初始條件：1 運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；2 用到的元件：實驗板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。要求完成的主要任務(wù):1 假設(shè)一路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈，2 然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1東西綠燈通車，南北紅燈。3 過25s轉(zhuǎn)狀態(tài)2，東

2、西綠燈滅，黃燈閃爍5次，南北仍紅燈。4 再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。5 過20s轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃5次黃燈，東西仍是紅燈。6 最后循環(huán)至狀態(tài)1，如此不斷周期循環(huán)下去。7 嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。時間安排： 第1天 下達課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第24天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案； 第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第68天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；第911天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；第1214天 補充完成課程設(shè)計報告和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 2010年 6月26日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2

3、010年 6月26日目 錄引言11 設(shè)計意義及要求21.1 設(shè)計意義21.2 設(shè)計要求22 方案設(shè)計32.1 設(shè)計思路32.1.1 個人方案(方案一) 32.1.2 個人方案(方案二) 32.2 方案設(shè)計32.2.1 個人方案(方案一) 32.2.2 小組方案(方案二)62.3 方案比較83 部分電路設(shè)計93.1 脈沖源93.2 計數(shù)電路103.3 譯碼電路113.4 邏輯門電路134 調(diào)試與檢測 144.1 調(diào)試中的故障及解決辦法 144.2 調(diào)試與運行結(jié)果 145 仿真操作步驟及使用說明 15結(jié)束語16參考文獻17附錄1 方案一總電路圖18附錄2 方案二總電路圖19附錄3 元器件清單20本

4、科生課程設(shè)計成績評定表武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書引言課程設(shè)計是大學(xué)教學(xué)的一大創(chuàng)新，也是大學(xué)階段給學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實際的一個平臺。在鞏固和加強理論知識的同時，也起到了鍛煉學(xué)生動手能力的作用，對于本科教學(xué)有重要的意義和作用。這次的課程設(shè)計要求我們通過運用已學(xué)的數(shù)電知識和查閱相關(guān)資料，自己設(shè)計出一套交通燈控制電路。該電路可以基本實現(xiàn)對十字路口交通情況的控制，并且可以循環(huán)工作。此次課程設(shè)計形式開放，設(shè)計方法和元器件基本無限制，可以讓我們充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。此次設(shè)計我將用到555定時器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器，74154，74LS16,以及各種邏輯門電路來實現(xiàn)我的方案。因此需要我能充分運用學(xué)

5、過的數(shù)電以及模電知識，來解決設(shè)計中的問題。整個設(shè)計過程，我們小組經(jīng)歷了選題、構(gòu)思、分析、設(shè)計、仿真、調(diào)試、撰寫報告等過程。每一個過程都離不開小組成員的積極探討和配合，其間，我們遇到了很多問題，通過團隊的力量這些問題得到了很好的解決，這個團隊的凝聚力也得到了增強。1設(shè)計意義及要求1.1 設(shè)計意義 交通燈在大道上隨處可見，他們有條不紊的工作，不足為奇，但有沒想嘗試過自己來設(shè)計一套交通燈控制系統(tǒng)呢？這次課程設(shè)計就是要我們自己動手來設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)。通過設(shè)計，讓我們更好的理解和學(xué)習(xí)理論知識，學(xué)會把理論應(yīng)用到實際中去；通過查閱資料，更加熟悉各芯片的引腳和功能。通過設(shè)計和實物連接，來激發(fā)和增強自己的電工

6、電子方面的興趣。1.2 設(shè)計要求：假設(shè)一路口為東西南北走向。交通燈開始工作后，東西綠燈亮25秒，通車；此時南北保持紅燈，不通車。25秒后東西變黃燈，閃爍5秒東西方未過停車線的車禁止通行，過了停車線的繼續(xù)通行；此時南北保持紅燈。5秒過后，東西方變紅燈，不通車；南北變綠燈，通車。20秒后再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。過20s轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃5次黃燈，東西仍是紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)1，如此不斷周期循環(huán)下去。2 方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路2.1.1 個人方案(方案一)：利用模電數(shù)電知識設(shè)計一個時序電路，來同時控制交通燈的狀態(tài)。不同的輸入對應(yīng)不同的輸出，即各個交通燈的狀態(tài)，時序電路不斷循環(huán)，

7、從而交通燈循環(huán)工作。 2.1.2 小組方案(方案二)：小組方案也是通過時序電路來實現(xiàn)，但是脈沖信號為秒脈沖，先通過時序電路把東西方向的交通燈亮滅問題解決，再通過反饋即其它門電路解決南北方向的。2.2 方案設(shè)計2.2.1 個人方案(方案一)：通過對交通燈狀態(tài)變化的時間來看，發(fā)現(xiàn)東西和南北方向各燈保持的時間都為5的倍數(shù)，因此，可以用一個0.2HZ的脈沖做芯片脈沖源。芯片選用74154（4線-16線譯碼器），每一個輸入地址對應(yīng)一個輸出狀態(tài)即可。各個輸出狀態(tài)對應(yīng)東西南北各燈的狀態(tài)，燈亮用“1”表示，燈滅用“0”表示。以下為控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表.東西方紅黃綠分別用RYG表示，南北紅黃綠風(fēng)別用ryg表示. 0.

8、2HZ脈沖發(fā)生器1HZ脈沖發(fā)生器計數(shù)電路東西方紅綠燈邏輯門電路譯碼電路南北方紅綠燈圖1 交通燈控制總電路框圖表1 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表地址輸入輸出東西南北每個狀態(tài)時間A B C DyiR Y Gr y gT(s)0 0 0 0Y00 0 11 0 050 0 0 1Y10 0 11 0 050 0 1 0Y20 0 11 0 050 0 1 1Y30 0 11 0 050 1 0 0Y40 0 11 0 050 1 0 1Y50 1 01 0 050 1 1 0Y61 0 00 0 150 1 1 1Y71 0 00 0 151 0 0 0Y81 0 00 0 151 0 0 1Y91 0 00 0

9、 151 0 1 0Y101 0 00 1 05 通過該轉(zhuǎn)換表得出下列表達式：由此可見共有11個狀態(tài)，故設(shè)計一個11進制的加計數(shù)器來控制74154的地址輸入數(shù)據(jù)，加計數(shù)器由74ls163制作。脈沖信號由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生。工作原理分析：計時電路脈沖周期為5秒，計數(shù)電路為11進制，對應(yīng)上面的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計數(shù)電路的輸出即譯碼器的輸入二進制序列為00000100，通過邏輯門電路使東西方紅黃綠燈的狀態(tài)為001，南北為100；序列為0101時，東西方為010，南北方為100；序列為01101001，東西方為100，南北方為001；序列為1010時，東西方為100，南北方為010；（每轉(zhuǎn)

10、變一個二進制序列經(jīng)歷時間為一個周期5秒）當(dāng)進入無關(guān)項1011時讓計數(shù)器清零，進入下一個循環(huán)。當(dāng)黃燈亮?xí)r要求其閃爍，此過程通過將輸入黃燈的信號與1HZ的脈沖信號相與后輸入到黃燈便可實現(xiàn)。圖2 方案一總電路圖2.2.2 小組方案(方案二)：圖3 方案二總電路圖 該方案由脈沖源、計數(shù)器、反饋電路、控制門電路、顯示器等五大部分組成。總體框圖如下：反饋清零反饋清零 計數(shù)器（024與2024）計數(shù)器（3進制）顯示器1HZ脈沖源邏輯門控制電路圖4 方案二總體框圖該電路的秒脈沖由555定時器來制作。兩個74LS192用來產(chǎn)生024和2024的秒加計數(shù)，當(dāng)一次計數(shù)從00到24或20到24時產(chǎn)生一進位信號到第三個

11、74LS192，用來產(chǎn)生地址信號，譯碼器將地址信號譯碼轉(zhuǎn)變成輸出信號來控制交通燈，由于采用的發(fā)光二極管為共陰極接法，后面的非門是用來實現(xiàn)電平的高低轉(zhuǎn)換。黃燈的閃動是通過黃燈的控制信號與秒脈沖控制信號相與非而產(chǎn)生的信號加到黃燈的非門引腳。下面的各種門電路為信號控制信號，可以通過信號反饋來實現(xiàn)計數(shù)器的24秒計時，或用來控制南北方向上的燈亮滅。2.3 方案比較 第一種方案和第二種方案都是通過數(shù)電知識來實現(xiàn)所要求的功能，第一種方案即個人方案是設(shè)計的一個簡單的時序電路來實現(xiàn)，每一個時序脈沖為0.2HZ，第二種方案即小組方案也是通過一個時序電路來實現(xiàn)，脈沖為秒脈沖，交通燈的亮滅需要反饋電路來控制。第一種方

12、案原理比較簡潔直觀，第二種稍微復(fù)雜。但兩種方案從電路的結(jié)構(gòu)上來看復(fù)雜程度接近。3 部分電路設(shè)計3.1 脈沖源利用555定時器為主組成多諧振蕩器，輸出兩種頻率（0.2HZ與1HZ）的矩形方波，實現(xiàn)脈沖電路功能。555定時器原理圖如圖所示，功能表如圖所示圖5 555定時器原理圖由555定時器組成的脈沖電路如圖：圖6 脈沖電路圖根據(jù)功能表和電路圖計算如下： 取10350即可實現(xiàn)輸出0.2的矩形方波；取370即可實現(xiàn)輸出1的矩形方波。3.2 計數(shù)電路計數(shù)電路采用芯片，其為四位二進制計數(shù)器，其為四位二進制加計數(shù)器，通過反饋清零法將其改為進制加計數(shù)器，電路圖如下：圖7 計數(shù)器電路圖8 74163管腳圖表2

13、 74163功能表功能0同步清零10 同步置數(shù)1101保持（包括RCO的狀態(tài)）110保持（RCO=0）1111加計數(shù)3.3 譯碼電路圖9 譯碼電路1 A0 VCC 162 A1 YO 153 A2 Y1 144 A3 Y2 135 E2A Y3 126 E2B Y4 117 Y7 Y5 108 GND Y6 9圖10 74154管腳圖表3 74154功能表3.3 邏輯門電路邏輯門電路用于實現(xiàn)控制東西、南北方向各燈的表達式，其電路如下圖：RGrgyY圖11 邏輯門電路4 調(diào)試與檢測4.1 調(diào)試中的故障及解決辦法調(diào)試過程中對脈沖信號進行波形檢測，發(fā)現(xiàn)周期與理論值稍有偏差，在誤差允許的范圍內(nèi)，故而脈

14、沖信號設(shè)計無誤。方案一 沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，運行較順利。方案二 在打開仿真開關(guān)后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示亂碼，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)管腳電平高低位接反，改接后問題解決。另外，在192,138的輸入輸出端有一些灰色的點即不定狀態(tài)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)仿真前電路中芯片引腳本來應(yīng)該接地或接高電平的管腳沒有接，按設(shè)計圖接好后灰點消失，不定狀態(tài)沒有了，交通燈的工作運行正常。4.2 調(diào)試與運行結(jié)果按下仿真開關(guān)，對現(xiàn)象進行觀察并做記錄，總結(jié)如下表：表4 方案一運行結(jié)果時間東西狀態(tài)南北狀態(tài)024綠紅2529黃紅3049紅綠5054紅黃 表5 方案一運行結(jié)果時間東西狀態(tài)南北狀態(tài)0 24綠紅2024黃紅0 19紅綠2024紅黃結(jié)果均符合要求。5

15、仿真操作步驟及使用說明一、 建立新文件打開ISIS系統(tǒng)，選擇文件菜單中的新建，打開圖紙選擇窗口，選擇合適的圖紙類型，確定后會自動建立一個缺省標(biāo)題為untitled的文件，再選擇文件菜單的另存為，將文件名改為“交通信號燈控制器設(shè)計-自動化0801黎德剛”。二、 調(diào)用對象 根據(jù)設(shè)計好的電路圖來加載或調(diào)出相應(yīng)元器件。具體做法為：對于電源，接地等根據(jù)對象的類別在工具箱選擇相應(yīng)模式的圖標(biāo)；根據(jù)對象的具體類型選擇子模式圖標(biāo)。對于芯片、電阻電容等元器件在“pick devices”對話框中輸入相應(yīng)元件名稱進行收索并添加到“devices”庫中。三、 部分電路布圖 根據(jù)部分電路原理圖添加元件到設(shè)計界面，按要求

16、更改其屬性值并連線。每連接好一個部分電路檢查其功能是否正確，如有錯誤，進行調(diào)試修改。 四、 整體布圖各個部分電路圖連接好后用導(dǎo)線把各部分連接起來。五、 總電路調(diào)試及仿真打開仿真開關(guān)進行仿真，如有不對之處或需要改進之處先保存文件再進行修改。六、 布局美化根據(jù)圖紙大小調(diào)整電路圖，使其盡量在圖紙內(nèi)，并使圖紙?zhí)畛滹枬M美觀；對于部分可就近的或者偏斜的線逐個刪除后重連，是整體布局美觀大方專業(yè)。 說明： 仿真時各個引腳會出現(xiàn)小方塊表示當(dāng)前邏輯狀態(tài)，紅色表示“1”，藍色表示“0”。各導(dǎo)線被選中后，深紅色的表示高電壓，淺綠色的表示低電壓。線上出現(xiàn)的箭頭表示電流方向。 結(jié)束語通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考

17、和解決問題的能力。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，比如線連接不上、打開仿真開關(guān)后電路沒反映等，這些問題都需要通過自己來思考或和小組成員討論。另外，在接線時，有時心中會突然冒出一新的設(shè)計方案，局的簡單些，于是就放下現(xiàn)有的方案去嘗試新方案，卻也總存在很多問題，因此耗費在這上面的時間用去很多。 我覺得這次課程設(shè)計很有意義，因為我們從書本上學(xué)到的都是理論知識，在平時的實驗課上的動手實驗也大都是按別人設(shè)計好的電路來做，沒有創(chuàng)新和突破。課程設(shè)計給了我們一個把理論和實際更好的結(jié)合起來的機會，通過查閱資料等，我認(rèn)識了很多新的芯片，并對學(xué)過的芯片的功能有了更深的理解。 通過本次課程設(shè)計，使我從初步學(xué)會了

18、一種新的仿真軟件proteus。同時，我發(fā)現(xiàn)在使用軟件畫圖時一定要有條理，否則線畫多了眼前會一片混亂。 一個團隊的合作同樣很重要，對于不清楚的問題大家可以集體討論。整個設(shè)計過程中我們這個小組配合的比較好，工作效率得到很大的提升。同時感謝輔導(dǎo)老師細(xì)心及時地輔導(dǎo)，使我們能及時解決設(shè)計過程中遇到的問題。課程設(shè)計大學(xué)也就那么幾次，我覺的我們應(yīng)該珍惜，他可以鍛煉我們的動手能力，也為我們以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。另外，整個課程設(shè)計過程是充滿艱辛和汗水，和小組成員一起探討的日子也是美好的，難忘的，相信這將會是我人生中的一段美好回憶。參考文獻1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）.高等教育出版，2006.12 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 電子工業(yè)出版社，20023 何緒芃，曾發(fā)柞.脈沖與數(shù)字電路 .成都：電子科技大學(xué)出版社，2001.14 周惠朝.常用電子元件及典型應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2005附錄1 方案一總電路圖附錄2 方案二總電路圖附錄3 元器件清單 個人方案(方案一)小組方案（方案二）元件名稱數(shù)量元件名稱數(shù)量555定時器2個74ls192374ls1631片74ls1381741541片74ls00174ls041片74ls02174ls081片74ls04174ls201片74ls18174ls303片