交通燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 交通燈設(shè)計(jì)目 錄一、設(shè)計(jì)背景········································ 3二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求····

2、······························ 3三、設(shè)計(jì)原理··················

3、3;····················· 3四、實(shí)物圖···························

4、83;·············· 9五、主要儀器和調(diào)試方法·······························9六、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題以及心

5、得·························10七、附錄························

6、;·····················11交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作報(bào)告一、設(shè)計(jì)背景在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，

7、指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下：（1）甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒。（2）每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道。（3）黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。選做擴(kuò)展功能：（4）十字路口有數(shù)字顯示燈亮?xí)r間，要求燈亮?xí)r間以秒為單位作減計(jì)數(shù)；（5）要求通行時(shí)間和黃燈亮的時(shí)間均可在099s內(nèi)任意設(shè)定。三、設(shè)計(jì)原理（一）分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫(huà)出其框圖交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖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)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該

8、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 ：表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25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5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(kāi)始下一個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。定時(shí)器甲車道信號(hào)燈秒脈沖發(fā)生器 TL TY ST譯碼器控制器乙車道信號(hào)燈 圖1 交通燈控制系統(tǒng)原理框圖（二）畫(huà)出交通燈控制系統(tǒng)的ASM（算法狀態(tài)機(jī)）圖一

9、般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)及其功能如表1：表1控制器狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0(00)S1(01)S3(11)S2(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，乙車道通行甲車道禁止通行，乙車道緩行控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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；BY=1：乙車道黃燈亮；AR=1：甲車道紅燈亮；BR=1：乙車道紅燈亮。由此得到交通燈的ASM圖，如圖2所示：AR BYSTAG BR01TY

10、TL010011STTLAR BGSTTYAY BRST圖2 交通燈控制系統(tǒng)的ASM圖 （三）單元電路的設(shè)計(jì)1、脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)根據(jù)已學(xué)的知識(shí)可以知，脈沖發(fā)生器可以用555定時(shí)器接成多謝振蕩器來(lái)設(shè)計(jì)。555定時(shí)器引腳圖如圖3。圖3 555定時(shí)器引腳以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖4 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器由設(shè)計(jì)要求知脈沖發(fā)生的頻率為f=1Hz，依據(jù)公式周期T=（R1+2R2）Cln2，由于實(shí)驗(yàn)室只有56k和47k的大電阻，所以取R1=47k，R2=47k，由計(jì)算得C1=10F，C2=10F滿足條件。所連接成的電路圖4所示。2、定時(shí)器設(shè)計(jì)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)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST

11、作用下，先清零，然后在時(shí)鐘上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開(kāi)始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，用兩片74LS163芯片做為計(jì)數(shù)器，芯片引腳如圖5，一片接成10進(jìn)制做為各位，另一片接成3進(jìn)制做為十位，連接方式如圖6，在30狀態(tài)時(shí)即第一片狀態(tài)為0000第二片狀態(tài)為0011時(shí)通過(guò)與門(mén)和非門(mén)向計(jì)數(shù)器提供清零信號(hào)。由于本實(shí)驗(yàn)是用的加法計(jì)數(shù)器，則向控制器提供模25的定時(shí)信號(hào)TY和模30的定時(shí)信號(hào)TL。圖5 74LS163引腳圖圖6計(jì)數(shù)器連接方式（圖中引腳2和9需要對(duì)調(diào)位置）3、控制器設(shè)計(jì)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。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表2所示： 表2輸 入輸 出現(xiàn)

12、 態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次 態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) TL TY ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 0 1 0 0 001010101根據(jù)轉(zhuǎn)換表可得：Q1*=Q1Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0Ty Q0*=Q1Q0Tl+Q1Q0+Q1Q0TlST=Q1Q0Tl+Q1Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0Ty控制器需要用到觸發(fā)器，可以用74LS74雙上升沿D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，其引腳圖如圖7圖7 74LS74引腳圖將兩個(gè)D觸發(fā)器的Q輸出連接各自的輸入D。使得每增加一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，輸出翻轉(zhuǎn)。將第一個(gè)D觸發(fā)器的CLK端接TY輸出，輸出即

13、為Q0；將第二個(gè)D觸發(fā)器的CLK端接TL輸出，輸出即為Q1。這樣就可以用簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)邏輯功能，也就是采用了異步的方式對(duì)兩個(gè)D觸發(fā)器其進(jìn)行了控制。其連接方式如圖8 圖8控制器連接方式4、譯碼器設(shè)計(jì)譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出Q1、Q0的4種工作狀態(tài)翻譯成甲、乙車道上的6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編號(hào)與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表3所示。黃燈閃爍可以通過(guò)黃燈亮的信號(hào)和脈沖信號(hào)用與門(mén)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。 表3Q1Q0AG AY ARBG BY BR000111101 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 0由表3可以得：AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q

14、1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1兩個(gè)控制器輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)四種狀態(tài)，由此可以用2線4 線譯碼器實(shí)現(xiàn)，選擇芯片為74LS139，其引腳圖如圖9所示。圖9 74LS139引腳圖其與燈連接方式如圖10所示圖10 譯碼器連接5、顯示部分設(shè)計(jì)顯示部分可以用七段顯示數(shù)碼管和74LS48連接組成，如圖11。圖11 顯示部分連接6、總體仿真圖把以上部分綜合起來(lái)就可以得到總體的仿真圖，如圖12所示。圖12 總體仿真圖四、實(shí)物圖五、主要儀器和調(diào)試方法。主要儀器有：5v直流電源，剝線鉗，剪線鉗，數(shù)字萬(wàn)用表，通用版電路板，電烙鐵，鑷子。其中5v電源可以從電腦的USB接口引出，也可以用手機(jī)充電器提供；使用電烙鐵

15、時(shí)注意不要手直接觸摸。調(diào)試電路的方法和技巧：（1）目測(cè)：檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)，有無(wú)虛焊（2）用萬(wàn)用表測(cè)試：先用萬(wàn)用表符合目測(cè)中有疑問(wèn)的點(diǎn)，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象（3）加電檢測(cè)：給板子加電，檢測(cè)所有的插座或是器件的電源端的電壓是否符合要求的值（4） 注意事項(xiàng)：在通電檢查前，一定要確保電路板沒(méi)有短路六、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題以及心得一、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的有關(guān)問(wèn)題1、工欲善其事必先利其器，工具的好壞在焊板子的過(guò)程中具有很大的影響。比如烙鐵，如果選的不好，不是不正常工作，就是加熱不均勻又或者焊出的點(diǎn)會(huì)顯得特別大，很容易出現(xiàn)虛焊或者短路的情況。我的烙鐵首先就是不工作，后來(lái)就是截面

16、不平，加熱不是很好，焊出來(lái)都是一坨一坨的錫。好在我很刻意的去注意避免虛焊和短路，所以這些問(wèn)題在調(diào)試中最終沒(méi)有出現(xiàn)，但是，這樣需要更細(xì)心，很耽誤時(shí)間。最后總結(jié)出圓錐形焊尖的烙鐵最好用，省時(shí)又漂亮。2、良好的芯片布局。這個(gè)是不和好的比不知道，一比嚇一跳。等我焊到一半的時(shí)候和別人對(duì)比才發(fā)現(xiàn)我自己的有多丑慘不忍睹。在老師強(qiáng)調(diào)要先布局好芯片的時(shí)候我覺(jué)得這個(gè)是個(gè)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題，所以很自信地照著仿真圖憑著感覺(jué)固定好芯片底座而沒(méi)有去考慮最終線的布局。所以最終接線的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)線交叉很多，影響美觀。而布局好的同學(xué)的線都是有條不紊的，即方便接線也方便檢查。省時(shí)省力。3、正確的芯片引腳圖的重要性。我是加班加點(diǎn)，晚上焊到

17、很晚，白天在實(shí)驗(yàn)室焊著可以不去吃飯然后第一個(gè)完成的，但是調(diào)試的結(jié)果卻很令人失望。紅燈和綠燈一起亮，而且黃燈還一直閃。一遍遍的檢查連線，焊接點(diǎn)等等，三天時(shí)間里面一直沒(méi)有檢查出來(lái)。后來(lái)盛老師在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候也一直細(xì)心幫我一步一步檢查，排除故障。但是花了很多時(shí)間都沒(méi)有結(jié)果。最后同學(xué)的一句話點(diǎn)醒了我：仿真圖里面74LS163芯片的引腳9和2反過(guò)來(lái)了。我豁然開(kāi)朗，然后把線換過(guò)來(lái)，瞬間就出現(xiàn)了結(jié)果！我注意了其他芯片的引腳唯獨(dú)忽略了這個(gè)，偏偏出問(wèn)題的也就是這個(gè)。太相信仿真圖導(dǎo)致白白花了好幾天的冤枉時(shí)間。就像一句話說(shuō)的盡信書(shū)不如無(wú)書(shū)。4、焊接要一步一個(gè)“腳印”，也就是說(shuō)要先保證好焊接每一步的正確性，才能避免很多

18、在最后調(diào)試的時(shí)候可能出現(xiàn)的問(wèn)題。節(jié)省檢查的時(shí)間。比如焊接的第一個(gè)重要部分555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器。我是先焊接完就去調(diào)試以保證其正確性，所以我焊了兩遍，并且調(diào)試好。所以在最終調(diào)試電路中即時(shí)有問(wèn)題也不用去懷疑這一部分的正確性。5、芯片的好壞會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因?yàn)樾酒瑔?wèn)題不容易檢查出來(lái)，所以導(dǎo)致運(yùn)氣不好的同學(xué)最終壞在這一點(diǎn)上。所以實(shí)驗(yàn)室有芯片的測(cè)試機(jī)就好了。6、注意工具的正確使用。舉個(gè)例子，因?yàn)榉抡鎴D在電腦上，所以會(huì)開(kāi)著電腦焊板子，結(jié)果是在沒(méi)有注意的情況下我室友的電腦觸摸板上多了四個(gè)洞，我的也多了一個(gè)。而且我不止一次聞到了我手指燒焦的氣味。為了避免電腦再遭殃，以后還是先把仿真打印出來(lái)好。7、接線的技巧，一個(gè)好的方法是一根線一根線的來(lái)，然后接完一根就在仿真上面刪掉一根。如果怕電腦再遭殃的話，就勤在圖紙上做標(biāo)記，不然到最后因?yàn)?/p>