交通紅綠燈課程設(shè)計(jì)

1、 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 交通紅綠燈 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 起迄日期: 2013 年9月30日 2014年1月3日 指導(dǎo)教師: 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：一題目：交通紅綠燈二目的：本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的是培養(yǎng)數(shù)字電路的能力，掌握交通信號(hào)燈控制電路的設(shè)計(jì)方法。三設(shè)計(jì)任務(wù)與指標(biāo)： 應(yīng)用模擬數(shù)字電子技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通管理器，其技術(shù)指標(biāo)與要求如下：1）主干道方向通行，支干道方向禁止通行，歷時(shí)1min。2）主干道方向禁止通行，支干道方向仍然禁止通行，歷時(shí)10s。3）主干道方向禁止通行，

2、支干道方向通行，歷時(shí)1min。4）主干道方向仍然禁止通行，支干道方向停車，歷時(shí)10s。5）之后又返回到第一步循環(huán)。設(shè)計(jì)要求：（1）針對(duì)題目的要求，查閱相關(guān)資料提出設(shè)計(jì)方案；（2）畫出系統(tǒng)能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖；（3）設(shè)計(jì)相應(yīng)的單元電路，說明電路的工作原理，并確定元器件的參數(shù)，要求有計(jì)算過程；（4）組裝、制作印刷板實(shí)物，調(diào)試或仿真電路，記錄調(diào)試過程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析仿真結(jié)果；（5）寫出設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括方案選擇、單元電路設(shè)計(jì)、元件選擇、整體電路、電路工作原理，仿真結(jié)果分析等，并列出元器件清單；（6）繪制總的系統(tǒng)電路圖和PCB圖。 2對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求包括圖表（或?qū)嵨铮┑扔布螅涸O(shè)計(jì)

3、電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并寫出設(shè)計(jì)說明書,語言流暢簡(jiǎn)潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖（SCH）和印制電路板(PCB),器件的選擇要有計(jì)算依據(jù)。3主要參考文獻(xiàn)：1 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第五版M. 北京：高等教育出版社，20062 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版M. 北京：高等教育出版社，20063 中國集成電路大全編寫委員會(huì). 中國集成電路大全集成運(yùn)算放大器M. 北京：國防工業(yè)出版社，19854 孫梅生，李梅鶯，徐搌英. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M. 北京：高等教育出版社，19895 彭介華. 電子技術(shù)基礎(chǔ)

4、課程設(shè)計(jì)M. 北京：高等教育出版社，19974課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃：序號(hào)起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容12013.09.202013.09.25明確設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，畫出系統(tǒng)框圖。22013.10.82013.10.22對(duì)方案中的各部分進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，參數(shù)計(jì)算和器件選擇。完成單元電路的仿真。32013.10.232013.11.08將各部分連接，畫出完整的系統(tǒng)原理電路圖。完成仿真。42013.11.112013.11.30繪制電路原理圖、PCB板、元器件裝配圖。調(diào)試電路5013.12.052014.1.4撰寫、修改設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)說明書定稿主指導(dǎo)教師日期： 2013 年 9 月

5、 30 日 目錄1 概述················································

6、·····1 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及指標(biāo)········································1 1.2 總體設(shè)計(jì)·&

7、#183;············································1 1.3 仿真····

8、;··············································32 電路設(shè)計(jì) 2.1 單元電路設(shè)計(jì)·

9、;·········································32.1.1 秒脈沖電路設(shè)計(jì)······

10、83;······························3 2.1.2定時(shí)器··················

11、;·····························3 2.1.3 控制電路···················

12、;·························5 2.1.4 譯碼及顯示電路······················&#

13、183;···············7 2.2 總電路圖及實(shí)物圖································

14、······82.3 材料清單 ··········································&#

15、183;··83 結(jié)論··············································

16、83;·······104 心得與體會(huì)·········································

17、······105 參考文獻(xiàn)··········································

18、3;·······116 附錄·········································

19、3;············121 概述1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及指標(biāo)：設(shè)計(jì)十字路口的交通燈控制管理器要求如下：（1）主干道方向通行和支干道方向禁止通行，歷時(shí)1min。 （2）主干道方向禁止通行和支干道方向仍然禁止通行，歷時(shí)10s。 （3）主干道方向禁止通行和支干道方向通行，歷時(shí)1min。（4）主干道方向仍然禁止通行和支干道方向停車，歷時(shí)10s 之后又返回到第一步循環(huán)。 1.2 總體設(shè)計(jì) 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組

20、成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示主道或支路車道綠燈亮的時(shí)間間隔為60秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。 TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為10秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。 圖1-1 系統(tǒng)原理框圖 （1）主車道綠燈亮，支路車道紅燈亮。表示主車道上的車輛允許通行，支路車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔

21、TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （2）支路車道黃燈亮，支路車道紅燈亮。表示主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，支路車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）主車道紅燈亮，支路車道綠燈亮。表示主車道禁止通行，支路車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）主車道紅燈亮，支路車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支路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(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換

22、信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)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)及功能如表1、2所示，控制器應(yīng)送出甲、支路車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下表1-2規(guī)定： 表1-2 系統(tǒng)狀態(tài)表控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)時(shí)間S0（00）甲綠、乙紅主車道通行，支路車道禁止通行60sS1（01） 甲黃、乙紅主車道禁止通行，支路車道禁止通行10sS3（11）甲紅、乙綠主車道禁止通行，支路車道通行60sS2（10）甲紅，乙黃主車道禁止通

23、行，支路車道禁止通行10s 圖1-2畫出了控制器上述4種狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖： S4 S3 S1 S2 圖1-2 交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖1.3 仿真 采用的是Multisim 10 File軟件進(jìn)行電路仿真，仿真電路圖見附錄圖3-12 電路設(shè)計(jì)2.1 單元電路設(shè)計(jì)2.1.1 秒脈沖電路設(shè)計(jì)秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，因?yàn)樵撾娐返妮敵雒}沖的周期T0.7(R1+2R2)·C,若T=1s，令C=10f，R1=39K,那么R251K。取一固定電阻47K與一個(gè)5K的電位器想串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP ,使輸出脈沖周期為1s。 圖2-1 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器電路圖2.1.2定時(shí)器

24、 定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）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)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)TY和模25的定時(shí)信號(hào)TL。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS160是10進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS160功能表如表2-1所示。 表中RD是低電平有效的同步清零輸入端，LD是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，EP、ET是計(jì) 圖1-3 交通燈的控制端，CO是進(jìn)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。設(shè)計(jì)如圖2-2表2-1 74ls160功

25、能表CLK RD LD EP ET工作狀態(tài)XXX 01111X0111 X X X X 0 1 X 0 1 1置零預(yù)置數(shù) 保持保持（C=0） 計(jì)數(shù) CLK 圖2-1 交通燈定時(shí)器 其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CLK分別送給兩個(gè)74LS160的清零端9處。如圖所示：輸入端3.4.5.6分別接地.。U01的11和14經(jīng)過與非門后可得到10秒信號(hào)TY。.即：只有當(dāng)時(shí)11、14處產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖時(shí)TY才得到一個(gè)低電平。U02的12和14相與后再與U01的11和14相與非得到60秒信號(hào)TL。由控制器發(fā)出的ST信號(hào)經(jīng)非門控制兩個(gè)74ls1060的置數(shù)，即相當(dāng)于清零。2.1.3 控制電路控制器

26、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。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表2-2所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器74LS74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TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時(shí)，如果TL 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TY無關(guān)，所以用無關(guān)項(xiàng)"X"表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。表2-2控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 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

27、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，即可得到下面的方程： 根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153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74LS153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。74ls153功能表如表2-3所示，74ls47功能表如表2-4所示。 表2-3 74ls153功能表 表2-4 74ls47功能表 控制器原理圖如圖2-3所示。由兩個(gè)雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153和一個(gè)雙D觸發(fā)器74LS74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)00，01，10，11，4種狀

28、態(tài)的相互交換。當(dāng)狀態(tài)為S1（00）時(shí)，即0秒時(shí)U10選擇0和TY非輸出即00，U11輸出TY非，當(dāng)60秒時(shí)TY變?yōu)?，此時(shí)U10輸出01，U11輸出ST=0，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。74ls74觸發(fā)器狀態(tài)換為01，U10選擇輸出TL非和TL，即01狀態(tài)變?yōu)镾2（01）。10秒后TL和TL非變?yōu)?0，U10輸出10，觸發(fā)器輸出10，狀態(tài)變?yōu)镾3（10），此時(shí)U10輸出ST=0，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。再過60秒TY非=1，U10輸出11，觸發(fā)器輸出11，狀態(tài)變?yōu)镾4（11）,此時(shí)U11輸出ST=0，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。再過10秒TL=0，U10輸出00，觸發(fā)器輸出00，狀態(tài)變?yōu)镾1，U11輸出ST=0，計(jì)數(shù)器重新計(jì)數(shù)。系統(tǒng)完成一個(gè)循環(huán)。 圖2-3 控制電路圖2.1.4 譯碼及顯示燈電路碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q2的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、支路車道上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表2-7所示。表中1表示燈亮，0表示燈不亮 表2-7 紅綠燈狀態(tài)表Q1 Q21甲綠燈2甲黃燈3甲紅燈4乙綠燈5乙黃燈 6乙紅燈0 01000010 10100011