電子技術(shù)課程設(shè)計報告交通燈數(shù)電課程設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告簡單的交通信號控制器學(xué)院（系）專業(yè)化行業(yè)班級水平學(xué)生雪好從 6 月 18 日到 6 月 22 日一周。導(dǎo)師（簽名）摘要交通是國民經(jīng)濟發(fā)展的動力，日常出行也是我們生活中不可缺少的一部分。信號燈在保證路口交通秩序方面發(fā)揮著極其重要的作用。交通控制系統(tǒng)是用于在交叉路口自動控制紅、黃、綠的電子系統(tǒng)。簡易紅綠燈控制器利用555秒脈沖發(fā)生器提供秒脈沖CP信號，為計數(shù)器提供工作頻率。該計數(shù)器由兩個74LS190塊級聯(lián)組成一個8位二進制系統(tǒng)，可以倒數(shù)計數(shù)。顯示電路由兩個十六進制數(shù)碼管組成，可顯示0099之間的數(shù)字；控制電路為74LS161組成的環(huán)形電路，控制三盞燈的開關(guān)；設(shè)置電路由相應(yīng)數(shù)量

2、的74LS465和74LS138解碼器組成，使主路45-0秒為綠色，5-0秒為黃色，30-0秒為紅色，對應(yīng)的次路匹配主要道路，50-0 秒為紅色，25-0 秒為綠色，5-0 秒為黃色。通過共享CP脈沖。關(guān)鍵詞根據(jù)設(shè)計原則，系統(tǒng)的關(guān)鍵詞如下：交通信號燈秒脈沖倒計時分時數(shù)設(shè)定控制器課題名稱及設(shè)計要求主題名稱簡單的紅綠燈信號控制器設(shè)計要求簡單的交通信號控制，主要功能如下：1、周控：主路綠燈45秒，支路綠燈25秒；2、每次綠燈變紅燈時，黃燈要亮5秒作為過渡；3、信號燈用紅黃綠LED指示；4、設(shè)計時序顯示電路。功能擴展：黃燈亮?xí)r，伴有黃燈閃爍和蜂鳴器；考慮到主干道和次干道車流量的變化，為了人性化的控制紅

3、綠燈，可以自由設(shè)置主干道和次干道各信號燈的開關(guān)時間，從0到99 .系統(tǒng)分析器整體方案選擇在網(wǎng)上搜索資料了解圖書館借閱相關(guān)領(lǐng)域知識后，我們得出以下三種可以達到本課程目的的方案。方案如下：方案一由主控電路和第二脈沖發(fā)生器組成，主控電路包括主控制器、復(fù)位裝置、驅(qū)動裝置、信號燈裝置和一些邏輯門。在主控制器中，采用兩片74LS290二五十進制系統(tǒng)實現(xiàn)八進制計數(shù)器。 555 秒脈沖發(fā)生器負責(zé)提供脈沖信號。接通電源時，復(fù)位裝置復(fù)位主控制器，然后主路綠燈和支路紅燈亮，其他主支路燈熄滅。脈沖以秒為單位傳送到控制器，主控電路分別在45s到50s到75s到80s產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號，從而改變主、支路，進而實現(xiàn)交通信號控制。

4、方案二：定時器NE555組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，兩片74LS192芯片級聯(lián)構(gòu)成61位倒計時定時器。定時器輸出的數(shù)據(jù)由兩個74LS48解碼器和兩個七段數(shù)碼管顯示。由倒計時定時器和邏輯門組成的定時器每隔55秒或5秒輸出一個脈沖，觸發(fā)狀態(tài)控制器工作。狀態(tài)控制器控制信號燈的切換。方案三：主要由秒脈沖產(chǎn)生模塊、倒計時模塊、控制信號燈模塊和定時設(shè)置模塊組成。第二代模塊采用555個定時器組成的多晶振，產(chǎn)生周期為一秒的脈沖，供給計數(shù)器工作，從而達到計時的目的；倒計時模塊采用兩片74LS190級聯(lián)構(gòu)成倒計時電路。利用秒脈沖中的CP脈沖和定時設(shè)置模塊的設(shè)置功能，完成倒計時并實時顯示在LED數(shù)碼顯示屏上?？刂菩?/p>

5、號燈模塊，在倒計時為零時接收計數(shù)模塊的信號，通過74LS161的循環(huán)計數(shù)功能與相應(yīng)的門電路完成三個信號燈的交替開關(guān)；時序設(shè)定模塊由三個74LS465芯片和74LS138譯碼器組成，接收信號燈的信號來設(shè)定計數(shù)器。第三種方案思路清晰，里面的組件在課堂上互相熟悉，有很大的發(fā)揮空間，可以添加一些華麗的功能模塊。基于以上，我們最終選擇了第三種方案作為我們系統(tǒng)設(shè)計的最終方案。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架簡易交通信號燈控制系統(tǒng)主要由以下幾個重要模塊組成：1、二次脈沖發(fā)生模塊、2、倒計時顯示模塊、3、信號燈控制模塊、4、順序設(shè)置模塊、5、功能擴展模塊（黃燈閃爍）用蜂鳴器發(fā)出警報）；本系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架如下圖所示：Count

6、 down to display with.Count down to display with.Signal lamp control circuitSequential setting circuitYellow light flashing and buzzerCount down to display with.Signal lamp control circuitSequential setting circuitYellow light flashing and buzzerSecond pulse generationMain road signal light controlB

7、ranch road signal lamp controlTime-controlled coordination圖 2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)基本工作原理本系統(tǒng)采用主干路和支路分別實現(xiàn)功能，但相互配合的思想，利用時間的相關(guān)性，將主干路和支路的燈亮和滅燈連接起來。根據(jù)系統(tǒng)要求：主路綠燈45秒，支路綠燈25秒；每次綠燈變?yōu)榧t燈時，應(yīng)有黃燈亮5秒作為過渡；其時間周期圖如下：Green light 45 secondsGreen light 45 secondsYellow light for 5 secondsRed light for 30 secondsMain road cycle ti

8、me圖 2.2 主要道路時間周期圖Red light for 50 secondsRed light for 50 secondsGreen light 25 secondsYellow light for 5 secondsBranch road circulation time圖 2.3 支路時間周期圖對于其中一條主干道，系統(tǒng)工作流程圖如下：The second pulse generates a second pulse signal.The second pulse generates a second pulse signal.Work countdown and displayCo

9、ntrol the lights to turn on and off.Set the counter in sequence.Provide signals converted by three lamps.Provide a one-second CP pulse signalProvide a countdown signal to zero.Three preset numbers are provided.Yellow light and buzzer alarm圖 2.4 系統(tǒng)工作信號流程圖系統(tǒng)工作原理如下：初始狀態(tài)下，主干道計數(shù)器預(yù)置45秒，在CP脈沖作用下開始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r到

10、零時，可以為信號燈控制電路產(chǎn)生一個上升沿的單脈沖。該脈沖將作為74LS161的脈沖輸入，完成一次計數(shù)，從而實現(xiàn)綠燈、黃燈、紅燈的通斷控制。此時紅燈亮，當(dāng)三個信號燈完成一次狀態(tài)變化時，變化后的信號被傳送到74LS138譯碼器，譯碼器選擇對應(yīng)的74LS465預(yù)設(shè)的倒計時數(shù)，并將倒計時設(shè)置到計數(shù)器74LS190完成一個工作循環(huán)，黃燈亮5秒，紅燈亮30秒。支路循環(huán)時間分別為50秒、25秒和5秒，具體循環(huán)過程與主干路一致。電路設(shè)計與分析3.1秒脈沖發(fā)生電路第二個脈沖產(chǎn)生電路是系統(tǒng)的時間電源，提供計數(shù)器的工作時鐘頻率，從而完成倒計時模塊的信號傳輸。第二個脈沖發(fā)生電路是一個由555個定時器組成的多諧振蕩器。

11、由于控制系統(tǒng)以秒為單位，采用秒脈沖發(fā)生器，信號精度不高，故選用555定時器。其工作原理圖如下：Generate CP second pulseGenerate CP second pulse圖 3.5 555 秒脈沖發(fā)生器55 定時器周期計算：T1（R1R2）Cln2=0.7（R1R2）CT2=R2Cln2=0.7R2T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2=0.7(R1+2R2)C55個定時器組成的第二個脈沖Cp的周期為1s，即T=1，所以可以設(shè)置參數(shù)。R1= 57.72k R2=28.86k C=10uF Cf=10uF注：在電路仿真過程中，為了保證仿真的準(zhǔn)確性，本模塊產(chǎn)生的脈沖信號可以用

12、信號發(fā)生器代替。3.2 顯示單位倒計時交叉路口應(yīng)有數(shù)字顯示作為倒計時提示，使人們能夠更直接、更準(zhǔn)確地掌握時間。具體工作模式如下：當(dāng)某一方向的綠燈亮?xí)r，將顯示設(shè)置為某一數(shù)值，然后以每秒減一的計數(shù)模式工作，直到數(shù)值減為“0”，產(chǎn)生標(biāo)志信號，控制路口的綠、黃、紅變化。一個工作循環(huán)結(jié)束后，進入某一方向的下一個工作循環(huán)。倒計時顯示采用四輸入DCDHEX數(shù)顯，顯示計數(shù)器的輸出值。減法計數(shù)器有多種選擇，如74190、74191、74192、74193等。這里我們選擇IC 74190來設(shè)計計數(shù)器，比較簡單。通過兩種接線，我們可以實現(xiàn)倒數(shù)計數(shù)器。 74190是十進制同步可逆計數(shù)器，具有異步并行設(shè)置功能和保持功能

13、。 4190沒有專用的復(fù)位輸入，但可以通過QA、QB、QC和QD的輸入數(shù)據(jù)間接復(fù)位。菜單如下：D/U時鐘A B C DQAQBQC QD0A B C D0一一倒數(shù)00一添加計數(shù)一一0 0 0 0表 31 74190 功能列表圖 3.6 74LS190 引腳圖要實現(xiàn)45s/25s/5s的倒計時，需要將兩個74190芯片級聯(lián)，組成一個從99到00的計數(shù)器。兩個計數(shù)器異步級聯(lián)，一位計數(shù)器的借位輸出脈沖（RCO）為直接用作十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖（CLK），第二個脈沖作為計數(shù)脈沖輸入一位計數(shù)器。選用兩個帶解碼功能的七段數(shù)碼管，實現(xiàn)兩個十進制數(shù)的顯示。 D1、C1、B1、A、D0、C0、B0、A0 是 84

14、21BCD 十位和一位計數(shù)器的代碼設(shè)置輸入。根據(jù)74LS190的功能表，當(dāng)計數(shù)器為零狀態(tài)時，RCO端通過或門控制兩個計數(shù)器的控制端（LOAD電平有效），從而實現(xiàn)了計數(shù)器倒計時的要求到“00”狀態(tài)即刻完成設(shè)置。通過8421BCD碼設(shè)置輸入端子，可以選擇100的數(shù)值，0100秒的定時要求可以自由選擇。電路連接圖如下：圖 3.7 倒計時顯示單元電路圖分析：當(dāng)本模塊的計數(shù)達到 01 時，通過或非門的連接可以得到以下輸出信號：即信號沒有倒數(shù)到01時輸出低電平，倒數(shù)到01時產(chǎn)生高電平，所以在這個過程中產(chǎn)生一個上升沿的單脈沖，傳送到下一個模塊：信號燈控制芯片：74LS161，作為該芯片的工作時鐘。3.3 信

15、號燈控制單元信號燈控制模塊，當(dāng)對應(yīng)倒計時到00時，完成信號燈轉(zhuǎn)換，用于標(biāo)記交通路口的交通狀態(tài)。本模塊采用74LS161芯片，與相應(yīng)的門電路完成三個信號燈的交替轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，計數(shù)器通過反饋清零方式工作在0000-0001-0010三個狀態(tài)周期。每次接收到來自倒計時的脈沖時，計數(shù)器都會計數(shù)一次。G(1,0)=綠燈（開、關(guān)），Y(1,0)=黃燈（開、關(guān)），R(1,0)=紅燈（開、關(guān)）；那么對應(yīng)的表達式為：對于主要道路：G（0）=QA+QB； Y（1）=QA； R（1）=QB；對于二級公路：R（0）=QA+QB； G（1）=QA； Y（1）=QB；其中，74LS161的真值表如下表3-2所示：表

16、3-2 74160 的功能CP研發(fā)LDEP外星人X0XXXXXXX0 0 0 0上升沿一0XXA B C DA B C DX一一0XXXXX保持X一一X0XXXX保持后緣一一一一XXXX添加計數(shù)描述：本模塊接收的信號來自倒計時電路的上升沿脈沖，輸出信號000-001-010被傳送到定時預(yù)置模塊。本模塊電路圖如下：圖 3.8 信號燈控制單元3.4 順序定時設(shè)定單元因為數(shù)碼管的每次顯示時間都是從不同的時基點開始的（主路45、5、30，支路50、25、5），所以需要有一個順序定時設(shè)置單元來控制從哪個數(shù)字開始倒計時從某數(shù)碼管顯示“0”開始。您可以在此處選擇 74465 來實現(xiàn)此功能。每條干路用三片74

17、465依次組成一個固定編號的控制電路，三片74465輸入端設(shè)置主干道和支干道的通行時間和黃燈亮的時間以 8421BCD 碼的形式。輸出端按高低位的對應(yīng)關(guān)系并聯(lián)，按Y8Y1從高到低排列，再接倒數(shù)計數(shù)器的設(shè)置輸入端。三個74465芯片的門控端分別由對應(yīng)狀態(tài)的前一個狀態(tài)（低電平有效）進行門控，從而完成預(yù)設(shè)的倒數(shù)計數(shù)器個數(shù)。每組3個74465中只有一個可以隨時選通，另外兩個輸出處于高阻狀態(tài)。這樣就完成了順序定時設(shè)置的功能。其中，74465的菜單如下表所示：圖 3.8 74465 菜單倒數(shù)計數(shù)器與信號燈轉(zhuǎn)換器的配合主要依靠時序時序設(shè)置控制電路。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，主路綠燈為45秒，可設(shè)置為01000101

18、為第一路74465，黃燈為5秒為0000101為第二路74465，第三路為30秒紅燈，第三個74465為00110000。支路紅燈為50秒，可設(shè)置為第一個74465為01010000，綠燈為25秒，第二個74465為00100101，黃燈為05秒燈，00000101 表示第三個 74465。它們的順序由 74LS138 解碼器 74LS138 控制。表 2-374LS138 功能表控制輸入代碼輸入輸出S1 S2+S3A2A1A0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8X 1XXX111111110 XXXX111111111 0000011111111 0001101111111 0010110111

19、111 0011111011111 0100111101111 0101111110111 0110111111011 01111111111074LS138解碼器接收三個信號燈不同狀態(tài)的電平變化，如000為綠燈，001為黃燈，010為紅燈。經(jīng)74LS138譯碼器譯碼后，分別選擇第一、二、三片74465，即可為倒計時電路預(yù)設(shè)初始倒計時數(shù)。在設(shè)計該電路模塊時，為了以后調(diào)整時間，專門使用了可以調(diào)整定時時間的撥碼開關(guān)來控制設(shè)定次數(shù)。定時預(yù)置號功能模塊電路圖3.9如下：圖 3.9 定時預(yù)置功能模塊電路圖注：本電路的信號來自信號燈的控制電路，輸出為倒計時電路提供一個預(yù)置數(shù)，從而控制相應(yīng)燈的閃爍時間。3.

20、5 黃燈閃爍表示本機有蜂鳴器。我們要求，當(dāng)黃燈亮起時，黃燈閃爍，提醒交通路人。因此，將一個頻率為1Hz的脈沖和控制黃燈的輸出信號通過與門連接到黃燈，使黃燈閃爍！同時將黃燈的輸出信號接到蜂鳴器上，使蜂鳴器在黃燈閃爍的同時發(fā)聲！提醒：黃燈亮，請稍候！以下黃燈閃爍指示帶蜂鳴器的單元電路圖：圖 3.10 黃燈閃爍和蜂鳴單元電路圖注：本電路模塊的信號源由黃燈的點亮信號控制，與相應(yīng)的頻率發(fā)生器配套實現(xiàn)閃爍和蜂鳴器報警功能。系統(tǒng)模擬4.1 仿真描述電路的整體仿真描述如下：初始化時，主路綠燈開始亮45秒，副路紅燈亮50秒；主路倒計時完成后，黃燈閃爍，蜂鳴器報警。此時，二級路的紅燈仍然亮著，還剩5秒；當(dāng)主路黃燈

21、閃到零時，主路紅燈亮30秒，輔路綠燈亮25秒；二級路時間為零時，黃燈閃爍并發(fā)出蜂鳴聲報警。此時，主干道的紅燈仍亮5秒。為了便于電路仿真的準(zhǔn)確性，將第二脈沖發(fā)生器替換為信號發(fā)生器，方便了電路布局，提高了電路仿真的準(zhǔn)確性。4.2 系統(tǒng)仿真示意圖1. 循環(huán)1：初始化時，主路顯示45秒，次路顯示50秒，綠燈紅燈，保證主路正常通行，次路禁止。仿真結(jié)果如下圖4.1所示：圖 4.1 循環(huán)過程初始化電路仿真圖 12、循環(huán)2：主路顯示時間5秒，黃燈亮，副路顯示5秒，紅燈亮。務(wù)必提醒主干道“等待”，次干道禁止通行。仿真結(jié)果如下圖4.2所示：圖 4.2 循環(huán)過程電路顯示仿真圖二3、周期3：主路顯示時間30秒，紅燈亮

22、，次路顯示25秒，綠燈亮，保證次路通行，通行主要道路被禁止。仿真結(jié)果如下圖4.3所示：圖 4.3 循環(huán)過程中三個電路的仿真圖4、循環(huán)4：主路顯示5秒，次路顯示5秒紅燈綠燈，確保提醒次路注意“等待”，主路道路被禁止。仿真結(jié)果如下圖4.4所示：圖 4.4 循環(huán)過程中四個電路的仿真圖仿真表明，以上四個過程將完成系統(tǒng)的一個循環(huán)。如果沒有人為干預(yù)，系統(tǒng)將沿著這個循環(huán)繼續(xù)。考慮到實際情況，主干道的車流量并不總是很大，因此可以進行人工干預(yù)，即通過改變時序預(yù)設(shè)樹模塊的預(yù)設(shè)數(shù)量，重新設(shè)置主輔路的時間分配道路，從而達到人性化的工作狀態(tài)。系統(tǒng)概述及整體電路圖5.1 系統(tǒng)評價本系統(tǒng)設(shè)計的主要特點是主路和次路的控制是部

23、分分離的，即分別控制。同時它們又緊密相連，又通過共同的秒脈沖信號和時間連接緊密結(jié)合。所設(shè)計的系統(tǒng)將555多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖傳送到倒計時電路，倒計時電路進行倒計時并顯示時間。一直顯示到00點的信號傳送到信號燈控制電路，控制信號燈定時交替變化。變化瞬間產(chǎn)生的各信號燈的電平狀態(tài)傳送給定時設(shè)定電路，完成倒計時電路的設(shè)定功能，從而形成一個完整的主干道循環(huán)。5.2 一般電路圖結(jié)束語至此，交通信號燈的控制系統(tǒng)已經(jīng)基本介紹完畢，信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)完全完成了預(yù)期的目的： 1、每周控制：主干道綠燈45秒，主路綠燈45秒。支路25秒；2、每次綠燈變紅燈時，黃燈要亮5秒作為過渡；3、信號燈用紅黃綠LED指示；4、

24、設(shè)計時序顯示電路。同時，為了使系統(tǒng)更加人性化，增加其在各種情況下的應(yīng)對策略，還出色地完成了一些附加功能，包括： 1、黃燈亮?xí)r，伴隨黃燈閃爍和蜂鳴聲迅速的; 2.考慮到主干路和副路車流量的變化，為了人性化控制紅綠燈，可以自由設(shè)置主路和次路各信號燈的開關(guān)時間，從0到99變化.該系統(tǒng)的一大特點是主路和次路的控制是部分分開的，避免了它們之間的相互干擾，同時也便于分開控制。此外，兩條主干道的時間緊密相連，確保信號燈控制系統(tǒng)能夠按要求正確完成指揮交通的功能。組件列表7.1 組件詳情列表序列號姓名型號參數(shù)數(shù)量評論一74LS190D74LS 系列四柜臺24002BD_5VCMOS_5V,五四輸入或非門三74L

25、S465N74LS 系列六門芯片四7404N74STD四非門五74LS00D74LS 系列2兩輸入與非門六74LS16174LS 系列2柜臺七4001BD_5VCMOS_5V2雙輸入或非門八74LS13874LS 系列23-8解碼器九蜂鳴器1000HZ2蜂鳴器10轉(zhuǎn)變開放式雙擲48轉(zhuǎn)變11DCD_HEX橙四數(shù)字顯示表 7-1 組件詳細列表圖 7.1 multisim 輸出的組件列表7.2 組件說明1、74LS190D為倒計時模塊的倒計時芯片，本系統(tǒng)使用4顆；2、CMOS_5V和4002BD_5V是四輸入或非門，一共使用了五個；3、74LS465N為定時設(shè)定模塊的預(yù)置數(shù)芯片，一共使用了6顆芯片；

26、4、74STD、7404N為單輸入非門，本系統(tǒng)使用4個；5. 74LS00D是一個雙輸入與非門，本系統(tǒng)使用了兩個；64LS161是一個計數(shù)器，用于控制信號的轉(zhuǎn)換。在這個系統(tǒng)中使用了兩個計數(shù)器。7. CMOS_5V和4001BD_5V為雙輸入或非門，系統(tǒng)中使用其中兩個；8、74LS138為3-8位譯碼器，用于選擇定時預(yù)置數(shù)的設(shè)定數(shù)?？偣彩褂昧藘蓚€解碼器；9、兩個蜂鳴器使用率1000Hz，用于控制黃燈蜂鳴器報警；10個預(yù)設(shè)開關(guān)選擇，48個開關(guān)按需使用；11、四路數(shù)字顯示管DCD_HEX共四路，用于顯示主路和次路時間。參考1 王蓮英.基于Multisim10的電子仿真實驗與設(shè)計。城市：郵電大學(xué)，2009年8月2 林濤，主編。楚燕，田麗娟，林薇薇，主編。數(shù)字電子技術(shù)：清華大學(xué)，2006（2007年再版），2006年6月第一版3 袁紅，鐘波等。電子設(shè)計與仿真技術(shù)。：機械工業(yè)，2010 年 4 月4 傅泰，主編。梁發(fā)麥、舒天、林宏文，主編。紅色版電子電路。：科學(xué)，2007