模電數(shù)電課程設計交通燈控制電路設計1

1、課程設計報告課程名稱： 電子技術 設計題目：交通燈控制電路 系 別： 機電工程系 專業(yè)班級： 09 商檢一班 學生姓名： 王清亮 學 號： 指導老師： 徐老師 設計時間： 2010-11-28 河南質量工程職業(yè)學院河南質量工程職業(yè)學院機電工程系課程設計任務書專業(yè)班級機電系商檢一班學號 學生姓名王清亮指導教師徐老師設計題目交通燈控制電路主要設計內容（1） 要求甲車道和乙車道上的車輛交替運行，每秒通行時間為25秒種；（2） 要求黃燈先亮5秒種，才能變換車道；（3） 黃燈亮時要求每秒閃亮一次；（4） 要求繪出原理圖，并用Protel畫出印制板圖；（5） 根據(jù)設計要求和技術指標設計好電路，選好元件及參

2、數(shù)；（6） 擬定測試方案和設計步驟；主要技術指標設計一個十字路口的交通燈控制電路,每條道路上各配有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示該道路允許通行。該電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉換，實現(xiàn)十字路口自動化。工作計劃及安排11月13日討論 11月15日查資料 11月21日完成 主要參考資料及文獻1王立平數(shù)字電子技術實驗講義高等教育出版社 2004-5 2.李強電子技術基礎-模擬部分高等教育出版社 2004-6 3陳孝彬555集成電路實用電路集高等教育出版社2002-8 4王剛 T

3、TL集成電路應用 機械工業(yè)出版社 2000-10 5 張文斌CMOS集成電路國防工業(yè)出版社 1998-3 目錄1 、交通燈的組成. 52、單元電路的設計. 92.1、秒脈沖發(fā)生器. 92.2、定時器. 102.3、控制器. 13.4、譯碼器. 143.5.操作電路. 153、仿真過程與效果分析.174、元器件清單. .195、體會總結. 206、鳴謝. 211交通燈的組成 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖12、1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該 系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工

4、作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。      TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。 由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。狀態(tài)0支干道綠燈亮狀態(tài)1支干道黃燈亮狀態(tài)2主干道綠燈亮狀態(tài)3主干道黃燈亮圖1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同

5、步的,所以不考慮)，如圖1-2所示一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下： （1）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔T

6、L時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。   （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示。表1 控制器工作狀態(tài)及其功能控制器狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀

7、態(tài)S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲綠，乙紅甲黃，乙紅甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道通行，乙車道禁止通行甲車道緩行，乙車道禁止通行甲車道禁止通行，乙車道通行甲車禁止道通行，乙車道緩行控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下規(guī)定：       AG=1：甲車道綠燈亮；      BG=1：乙車道綠燈亮；      AY=1：甲車道黃燈亮； 

8、;     BY=1：乙車道黃燈亮；     A R=1：甲車道紅燈亮；    BY=1：乙車道紅燈亮；由此得到交通燈的ASM圖，如 圖12-2所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。圖3畫出交通燈控制器的ASM（Alg

9、orithmic State Machine，算法狀態(tài)機）二單元電路的設計（1）秒脈沖發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器構成多諧震蕩器，震蕩頻率為： f=1.43/(R1+2R2)C電路圖如下圖：圖4 秒脈沖產生器（2）定時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時鐘脈沖產生器提供）同步的計數(shù)器構成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序

10、波形圖如圖3所示，其功能表如表12、2所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入端， 是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CTp、CTT是計 圖12、2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。圖5 74LS163的外引線排列圖 圖6 74LS163時序波形圖表2 74LS163功能表圖7 定時器電路圖（3）控制器  控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表3所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時

11、序寄存器產生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，當控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉換信號ST。 表3 控制器狀態(tài)轉換表根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸人或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：&#

12、160;   根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（Q1n、Q0n）加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖、5所示。圖中R、C構成上電復位電路 。圖8 控制器邏輯圖(4）譯碼器     譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 12、4所示。表4控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表狀態(tài)AG AY ARBG BY BR001&#

13、160;   0    00    0    1010    1    00     0     1100    0    11     0     0110 

14、   0    10     1     0由秒脈沖發(fā)生器產生了周期性變化的CP脈沖，一部分送給了定時器的74LS163芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS163芯片的情況下，通過芯片74LS00將會輸出TY。T/Y/；TL。T/L/。即TY和T/Y/放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和T/L/放大的結果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將定時器輸出的TY。T/Y/；TL。T/L/分別作用于控制

15、器的芯片74LS153中，在CP脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平。控制器中的信號在送給由芯片74LS00組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和100歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。下圖為譯碼器部分的邏輯圖 圖9譯碼器部分的邏輯圖五 操作說明1、根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有個時間顯示器，6個交通信號燈。但由于芯片沒有,只有用實驗室的示波器來看秒脈沖時間。2、打開總開關，便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，打開總開關，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮，示波器，顯示時間為25秒，然后黃燈以每一秒

16、的速度閃亮，東西方向車道的綠燈轉換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。再過4秒后，電路又轉換成預置的25秒，東西方向車道的黃燈轉換為紅燈，人行道的紅燈轉換為綠燈；南北方向車道的紅燈轉換為綠燈，人行道的綠燈轉換為紅燈。如此循環(huán)下去。具體時間見下表：表5 循環(huán)時間表南北東西時間（S）綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈100000250100014001100001010 六 仿真過程與效果分析電路試調電路連接完后，要進行調試，以檢測是否達到要求。實踐表明，一個電子裝置，即使按照設計的電路參數(shù)進行安裝往往也難于達到預期效果。這是因為人們在設計時，不可能周全地考慮各種復雜的客觀問題，必須通過安裝后的測試和

17、調整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設計方案的不足。然后采取措施加以改進，使裝置達到預定的技術指標。因此調整電子電路的技能對從事電子技術及有關領域工作的人員來說，是不應缺少的。調試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號發(fā)生器。調試前的檢查電子安裝完畢，通常不宜急于通電，要形成這種習慣，先要仔細檢查。其檢查內容包括：（1） 連線是否正確 檢查的方法通常有兩種方法：a.按照電路圖檢查安裝的線路這種方法的特點是根據(jù)電路圖連線，按一定順序安裝好的線路，這樣比較容易查出哪里有錯誤。按照實際線路來對照原理圖電路進行查線這是一種以元件為中心進行查線的方法。把每個元件引腳的線一次查清，檢查每個去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可

18、以查出錯線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯，對于已查過的線通常應在電路圖上做出標記，最好用指針式萬用表“歐姆1”擋，或數(shù)字萬用表“歐姆擋”的蜂鳴器來測量，可直接測量元、器件引腳，這樣可以同時發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。 元器件的安裝情況 檢查元器件引腳之間有無短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管“+”、“-”極不要接反。調試方法與原則通電觀察把經(jīng)過準確測量的電源接入電路。觀察有無異常現(xiàn)象，包括有無元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應立即斷電源，待排除故障后才能通電。一步對電路參數(shù)提出合理的修正。調試中注意的事項為了保證效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注

19、意以下幾點： （1） 正確使用測量儀器的接地端（2） 測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。因為，若測量儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結果帶來很大的誤差。（3） 儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點。（4） 用同一臺測量儀進行測量進，測量點不同，儀器內阻引起的誤差大小將不同。（5） 調試過程中，不但要認真觀察和測量，還要于記錄。記錄的內容包括實驗條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關系等。只有有了大量的可靠實驗記錄并與理論結果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設計上的問題，完善設計方案。（6） 調試時出現(xiàn)故障，要認真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問題

20、就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題。我們應該認真檢查.調試結果是否正確，很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。對于本交通燈來說，只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調試，直接進行測量。測試電路中線路是否接通 同上用萬用表的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測的一組線的起始線和末端線的兩端，看電阻是否為零，如果是零，則證明是通的；如果是無窮大，則證明中間有線是短開的，則要一根一根的檢查該組的沒一根線，直到查出為止。通電后的測試（1）測試電源用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源的電壓，看是否達到額定電壓（本產品為+5V），如果不是，則換電源。（2）測試芯片的電源輸入端同

21、上用萬用表的直流電壓檔，測試芯片的接地端與接電源端的點呀，看是否達到芯片的額定電壓（本產品所用的芯片都是+5V），如果不是，則檢查其線路是否接錯。七元器件清單 集成電路 74LS74 1片 74LS10 1片 74LS09 1片 74LS153 2片 74LS163 3片 74LS00 1片 74LS04 1片 N555 1片 芯片座若干 電容 10F , 0.01F , 1F , 0.1F 各一支 電阻 47K 兩個 1K 一個發(fā)光二極管 6 個 八體會總結通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。電路原理和連接，和芯片上的選擇,也略懂。鞏固數(shù)字邏輯電路的理論知識， 方案總共只用了八個芯片，對163計數(shù)器更加了解，懂得它的功能與其它芯片替換等.使DJ觸發(fā)器從書本上的理論知識聯(lián)系到實際,讓我更加了解它的功能.還有如何利用555芯片產生秒脈沖.計數(shù)器的工作原理