交通燈控制器設(shè)計(jì)

1、科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：交通燈控制器設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 姓名： 時(shí) 間：2011.12.05 2011.12.22指導(dǎo)教師： 完成日期：2011年12月 22 日交通燈控制器設(shè)交計(jì)任務(wù)書1設(shè)計(jì)目的與要求設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器，要認(rèn)真并準(zhǔn)確地理解有關(guān)要求，獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在雙干線的路口上，交通信號(hào)燈的變化按照下面假定進(jìn)行計(jì)時(shí)：（1）放行線，綠燈亮放行25秒，黃燈亮警告5秒，然后紅燈亮禁止。（2）禁止線，紅燈亮禁止30秒，然后綠燈亮放行。使兩條路線交替的成為放行線和禁止線，便可實(shí)現(xiàn)交通控制。（3）特殊情況下能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。2設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）畫出電路原理圖，正確使用邏輯關(guān)系；（2）確定元器件

2、及元件參數(shù)；（3）進(jìn)行電路模擬仿真；（4）SCH文件生成輸出；（5）PCB文件生成輸出。3編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有總結(jié)體會(huì)。4答辯在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成敘述并回答問題。目錄1引言 2 總體設(shè)計(jì)案2.1 設(shè)計(jì)思路2.2 總體設(shè)計(jì)框圖3 設(shè)計(jì)原理分析3.1 秒脈沖發(fā)生器3.2計(jì)時(shí)電路3.3 狀態(tài)控制電路3.4 總體電路4 總結(jié)與體會(huì)參考文獻(xiàn)附錄 交通燈控制器設(shè)計(jì)摘要：交通燈設(shè)計(jì)由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生周期為兩秒的脈沖信號(hào)，為計(jì)數(shù)器74HC163提供輸入信號(hào)，對(duì)后級(jí)電路進(jìn)行控制以便實(shí)行交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其狀態(tài)控制電路由芯片74HC153實(shí)現(xiàn)。這次我設(shè)計(jì)的電路主要是實(shí)現(xiàn)東西南北方向的交

3、通燈轉(zhuǎn)換，其特殊功能部分沒有完成。交通燈主要由秒脈沖發(fā)生器，計(jì)時(shí)電路，狀態(tài)控制電路。關(guān)鍵詞：多諧振蕩器，狀態(tài)控制器1引言如今人們生活水平的提高，車輛越來越多，交通事故頻繁發(fā)生。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制。交通等在城市交通中起著他與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)，是人們出行的安全保障。因此提供一個(gè)安全，便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實(shí)的必要性。為了解決這些問題，我們更應(yīng)該提高交通控制和管理水平，合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施，充分發(fā)揮其能力，提高交通效率，促進(jìn)和諧交通的建立。目前交通等控制系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)種類繁多，有基于EDA設(shè)計(jì)的，有基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的等等。但一些控制方法的功能修改及調(diào)試都需要硬件電路的支持

4、，在一定程度上增加了功能修改及調(diào)試的困難。所以現(xiàn)在國內(nèi)外廣泛采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)交通等控制系統(tǒng)。在國外，英國，澳大利亞，日本和美國等國家均在交通控制系統(tǒng)上日益完善。如以澳大利亞悉尼為背景開發(fā)的交通自適應(yīng)協(xié)調(diào)系統(tǒng)SCATS，英國的運(yùn)輸和道路研究所研制的SCOOT系統(tǒng)，日本的京三系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)，大都是在個(gè)路口附近安裝磁性環(huán)路監(jiān)控器，由各路口的控制設(shè)備。人員將交通控制參數(shù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)輸入微處理器，用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中處理。目前國內(nèi)已有一些自主開發(fā)的城市交通控制系統(tǒng)，如公安部交通科學(xué)研究所開發(fā)的HT-UTCS系統(tǒng)，但他在整體性能上比國外同類系統(tǒng)仍有較大差距，只在一些中小城市得到一些應(yīng)用。國內(nèi)城市尤其是

5、大城市引進(jìn)的交通控制系統(tǒng)大部分為進(jìn)口的SCOOT和SCATS以及京三系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)均建立在機(jī)動(dòng)車為主的道路交通條件基礎(chǔ)之上的被動(dòng)控制系統(tǒng)之上的。由于我國交通是混合交通流，和國外交通流不大相同，因此，國外的這些交通控制系統(tǒng)在國內(nèi)的使用效果不盡人意。所以，國內(nèi)科技人員也在孜孜不倦的研究著更好的交通燈控制系統(tǒng)。這次，只用簡單的數(shù)字電路來介紹交通等的工作原理。其主要的幾個(gè)芯片:555定時(shí)器，74LS163,74LS153,74FO0,74F04,D觸發(fā)器2總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路這次設(shè)計(jì)分別采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生一秒計(jì)時(shí)脈沖，送入定時(shí)器，使其控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)交通燈轉(zhuǎn)換功能。信號(hào)燈

6、轉(zhuǎn)換電路：狀態(tài)一:東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；狀態(tài)二：東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮；狀態(tài)三：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，實(shí)現(xiàn)重復(fù)循環(huán)。(1) 秒脈沖發(fā)生器：用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生一秒脈沖使其成為后級(jí)電路的輸入信號(hào)源。 （2） 計(jì)數(shù)器 （3） 狀態(tài)控制器 2.2 總體設(shè)計(jì)框圖秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器控制器東西方向信號(hào)燈南北方向信號(hào)燈圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖三設(shè)計(jì)原理分析3.1秒脈沖發(fā)生器3.1.1 555定時(shí)器功能介紹如下圖所示，555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。R是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平，平時(shí)該端開路或接VCC。Vc是控制電壓端(5腳)，平時(shí)輸出2

7、/3VCC作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，再不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uF的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻，電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器只需改變R1,R2,C的值就可決定脈沖寬度。如圖2所示：圖2 秒脈沖發(fā)生器3.2計(jì)數(shù)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先

8、清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供五秒的定時(shí)信號(hào)和二十五秒的定時(shí)信號(hào) ，分別從U7D和U6C輸出。 計(jì)數(shù)器選用集成電路74HC163進(jìn)行設(shè)計(jì)。74HC163是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。圖1-4中，MR是低電平有效的同步清零輸入端，LOAD是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，PE、TE是計(jì)數(shù)狀態(tài)選擇端，RCO是進(jìn)位輸出端，P0P3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。圖3 計(jì)數(shù)器原理圖3.3 控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器FF1、

9、FFO做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為U5A和U5B，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時(shí)，如果U7D 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件U7D無關(guān)，所以用無關(guān)項(xiàng)X表示。其余情況依次類推，同時(shí)表中列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST?？刂破鬟壿媹D如圖所示。表1控制邏輯圖輸 入輸出現(xiàn) 態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次 態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)Q1N Q0NU5A U5BQ1N+1 Q0N+1ST0 00 X0 000 01 X0 110 1X 00 100 1X 11 111 10 X1 101 11 X1 011 0X 01 001 0X 10

10、 01根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中1用原變量表示，0用反變量表示，然后將各與項(xiàng)相或，即可得到.根據(jù)以上所得，選用數(shù)據(jù)選擇器 74HC153來實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74HC153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路 ?？刂破髟韴D如圖1-5所示。由兩個(gè)雙多路轉(zhuǎn)換器和一個(gè)雙D觸發(fā)器組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài)，多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)4種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。原理為：CP分別送給U8A和U8B的3和11的清零端。將U5A接入U(xiǎn)8的5和

11、U5B的4和5；T/Y/接入U(xiǎn)8的4。如上圖所示：FF1,FF0兩個(gè)D觸發(fā)器作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用74HC153來實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到74HC153數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。圖4 控制器原理圖3.4總圖經(jīng)過以上各部分電路的方針與調(diào)試，現(xiàn)將繪出總體電路如圖5所示。圖5 交通燈設(shè)計(jì)總圖4 總結(jié)這三周的實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)，讓我深刻的認(rèn)識(shí)到了自己的不足，思維能力欠缺，有理論知識(shí)卻運(yùn)用不到實(shí)際上去，不知道該如何了解前后之間的關(guān)系，但這一次的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，也讓我明白了該如何學(xué)習(xí)我的專業(yè)課程，雖然這次的實(shí)習(xí)多我來說很不理想，大部分都來自同學(xué)的幫忙，但我體會(huì)到了這門課程的內(nèi)容豐富，自己以前學(xué)的真是九牛一毛，簡直無法媲美。以后我一定要加強(qiáng)自己的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，不再做只為考試而努力的人，而是成為一個(gè)能付諸實(shí)踐的人。這次實(shí)習(xí)我對(duì)自己沮喪過，失望過，放棄過，第一次自己設(shè)計(jì)一點(diǎn)思路也沒有，三周的時(shí)間也就那么幾天是自己認(rèn)真完成我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)所學(xué)的東西都太陌生了，各種芯片的功能，用途，如何使用，怎么使用，我一無所知。以后，我會(huì)好好努力的。以上是我的總結(jié)與體會(huì)。參考文獻(xiàn)1康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)&數(shù)電部分（第五版）北京:高等教育出版社,2006.2田澤正.電路CAD實(shí)用教程北京：化學(xué)