簡(jiǎn)易交通燈控制課程設(shè)計(jì)

..輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易交通燈控制電路學(xué)生：馬杰專業(yè)班級(jí)：電氣工程14-02班學(xué)號(hào)：8院〔系〕：電氣信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師：黃春完成時(shí)間：2016年12月4日..輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書(shū)題目簡(jiǎn)易交通燈控制電路專業(yè)電氣工程14-02學(xué)號(hào)8馬杰主要容、根本要求、主要參考資料等：主要容1．閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。2．學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3．學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。4．學(xué)習(xí)如何查找器件手冊(cè)及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求要求控制一個(gè)十字路口的交通燈。設(shè)定南北，東西向交通燈顯示時(shí)間一樣。設(shè)定紅燈綠燈均顯示30秒，紅燈綠燈切換時(shí)黃燈顯示2秒。要求紅黃綠燈用發(fā)光二極管表示，并且顯示出時(shí)間。主要參考資料1．何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大學(xué)，2001年6月2．福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，科學(xué)技術(shù)，2001年10月3．王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)，1999年10月4．銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，航空航天大學(xué)，2005年6月5．康華光，電子技術(shù)根底，高教，2003完成期限：2016年12月04日指導(dǎo)教師簽章：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：2016年11月28日輕工業(yè)學(xué)院..簡(jiǎn)易交通燈控制電路摘要本論文主要闡述了交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國(guó)參加WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際接軌。俗話說(shuō)"要想富，先修路〞，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無(wú)法保障暢通平安。作為交通控制的重要組成部份的交通信號(hào)燈也應(yīng)國(guó)際化。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問(wèn)題之一。所以，如何采用適宜的控制方法，最大限度利用好消耗巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問(wèn)題。以下就交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問(wèn)題來(lái)進(jìn)展具體分析討論。關(guān)鍵詞交通燈計(jì)數(shù)器秒脈沖譯碼器自動(dòng)控制目錄中文摘要ⅠTOC\o"1-3"\h\u一、對(duì)交通信號(hào)燈的控制11．1題目要求1二、交通燈的組成12．1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖12．2交通燈運(yùn)行狀態(tài)2三、單元電路的設(shè)計(jì)43．1秒脈沖發(fā)生器43．2定時(shí)器53．3控制器73．4譯碼器93．5交通信號(hào)燈103．6整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局10四、PCB的制作104．1原理圖的繪制104．2PCB的排線10五、仿真過(guò)程與效果分析105．1電路試調(diào)105．2調(diào)試中注意的事項(xiàng)105．3通電后的測(cè)試115．4操作說(shuō)明11元器件清單13總結(jié)14參考文獻(xiàn)15附錄一16附錄二17附錄三18..對(duì)交通信號(hào)燈的控制1．1題目要求信號(hào)燈收一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持30s，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮并維持30s。在東西綠燈熄時(shí)，東西黃燈亮，并維持2s，到2s時(shí)，東西黃燈滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮維持30s，南北綠燈維持30s，然后南北黃燈亮，維持2s后熄滅。這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。周而復(fù)始。交通燈的組成2．1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1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)生器等局部組成。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)的主要局部，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30秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否那么，TL=0。TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為2秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否那么，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)場(chǎng)下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。圖2-1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖2．2交通燈運(yùn)行狀態(tài)兩方向車道的交通燈的運(yùn)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步的,所以不考慮)，如圖2-2所示圖2-2兩方向車道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)一般十字路口交通燈的控制系統(tǒng)的工作過(guò)程；〔1〕如圖2-2狀態(tài)0所示，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，乙車道制止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔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)?！?〕如圖2-2狀態(tài)1所示，甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過(guò)停車線的車輛停頓通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道制止通行。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〕如圖2-2狀態(tài)2所示，甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道制止通行，乙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)?！?〕如圖2-2狀態(tài)3所示，甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道制止通行，乙車道上未過(guò)停車線的車輛停頓通行，已過(guò)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)換信號(hào)TS，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)1。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由控制器進(jìn)展控制。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，那么控制器的工作狀態(tài)及功能如下表2-3所示?？刂破鳡顟B(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(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，乙車道制止通行甲車道緩行，乙車道制止通行甲車道制止通行，乙車道通行甲車制止道通行，乙車道緩行表2-3控制器工作狀態(tài)及其功能控制器應(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2-4所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0〔用狀態(tài)框表示S0〕，當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間小于30秒時(shí)，TL=0〔用判斷框表示TL〕，控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間等于30秒時(shí)，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST〔用條件輸出框表示ST〕，并轉(zhuǎn)換到下一個(gè)工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達(dá)的含義。圖2-4交通燈控制器的ASM單元電路的設(shè)計(jì)3．1秒脈沖發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器用的是555定時(shí)器構(gòu)成多諧震蕩器，震蕩頻率為：f=1.43/(R1+2R2)C電路圖如圖3-1所示：圖3-1秒脈沖產(chǎn)生器3．2定時(shí)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖〔由上面時(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(kāi)場(chǎng)進(jìn)展增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模2的定時(shí)信號(hào)TY和模30的定時(shí)信號(hào)TL。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS163進(jìn)展設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS163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。74LS163的外引線排列圖和時(shí)序波形圖如圖3-2和圖3-3所示，其功能表如表3-1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(jì)圖2-4交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進(jìn)位輸出端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級(jí)聯(lián)組成的定時(shí)器電路如圖3-4所示。圖3-274LS163的外引線排列圖圖3-374LS163時(shí)序波形圖表3-174LS163功能表圖3-4定時(shí)器電路圖定時(shí)器仿真電路如圖3-5圖3-5定時(shí)器仿真電路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)那么控制信號(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3、2所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器FF1、FFO做為時(shí)序存放器產(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，那么控制器保持在00狀態(tài)；如果，那么控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1＝01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無(wú)關(guān)，所以用無(wú)關(guān)項(xiàng)"X"表示。其余情況依次類推，同時(shí)表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。表3-2控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)表3-2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，即可得到下面的方程：根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)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〔Q1n、Q0n〕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?？刂破鞯倪壿媹D如圖3-6所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。圖3-5控制器邏輯圖圖3-6控制器局部仿真電路3．4譯碼器譯碼器的主要任務(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6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表3-3所示。表3-3控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表狀態(tài)AGAYARBGBYBR001

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1010

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0

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0

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0110

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0由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CP脈沖，一局部送給了定時(shí)器的74LS163芯片，另一局部送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時(shí)加到定時(shí)器74LS163芯片的情況下，通過(guò)芯片74LS00將會(huì)輸出TY、T/Y/；TL、T/L/、即TY和T/Y/放大的結(jié)果是秒脈沖的2倍；TL和T/L/放大的結(jié)果是秒脈沖的30倍。前者輸出的信號(hào)是后者的1/15。將定時(shí)器輸出的TY、T/Y/；TL、T/L/分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CP脈沖置于芯片74LS74中會(huì)輸出上下變化的電平。控制器中的信號(hào)在送給由芯片74LS00組成的譯碼器后再通過(guò)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(jié)果最終通過(guò)LED小燈的正常閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3-7譯碼器局部邏輯圖3．5交通信號(hào)燈十二個(gè)發(fā)光二極管(注意二極管的極性)3．6整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局見(jiàn)附錄三PCB的制作4．1原理圖的繪制用AltiumDesigner完成原理圖的繪制。4．2PCB的布線見(jiàn)附錄一仿真過(guò)程與效果分析5．1電路試調(diào)電路連接完后，要進(jìn)展調(diào)試，以檢測(cè)是否到達(dá)要求。實(shí)踐說(shuō)明，一個(gè)電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)展安裝往往也難于到達(dá)預(yù)期效果。這是因?yàn)槿藗冊(cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問(wèn)題，必須通過(guò)安裝后的測(cè)試和調(diào)整，來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的缺乏。然后采取措施加以改良，使裝置到達(dá)預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對(duì)從事電子技術(shù)及有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來(lái)說(shuō)，是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器。5．2調(diào)試中注意的事項(xiàng)為了保證效果，必須減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。為此，需注意以下幾點(diǎn)：〔1〕正確使用測(cè)量?jī)x器的接地端〔2〕測(cè)量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測(cè)處的等效阻抗。因?yàn)?，假設(shè)測(cè)量?jī)x器輸入阻抗小，那么在測(cè)量時(shí)會(huì)引起分流給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)很大的誤差?！?〕儀器的帶寬必須大于被測(cè)電路的帶寬。要正確選擇測(cè)量點(diǎn)。〔4〕用同一臺(tái)測(cè)量?jī)x進(jìn)展測(cè)量進(jìn)，測(cè)量點(diǎn)不同，儀器阻引起的誤差大小將不同?！?〕調(diào)試過(guò)程中，不但要認(rèn)真觀察和測(cè)量，還要于記錄。記錄的容包括實(shí)驗(yàn)條件，觀察的現(xiàn)象，測(cè)量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比擬，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，完善設(shè)計(jì)方案。〔6〕調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問(wèn)題就拆掉線路重新安裝。因?yàn)橹匦掳惭b的線路仍可能存在各種問(wèn)題。我們應(yīng)該認(rèn)真檢查.調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度受測(cè)量正確與否和測(cè)量精度的影響。對(duì)于本交通燈來(lái)說(shuō)，只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調(diào)試，直接進(jìn)展測(cè)量。測(cè)試電路中線路是否接通同上用萬(wàn)用表的歐姆檔，測(cè)試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測(cè)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，那么證明是通的；如果是無(wú)窮大，那么證明中間有線是短開(kāi)的，那么要一根一根的檢查該組的沒(méi)一根線，直到查出為止。5．3通電后的測(cè)試〔1〕測(cè)試電源用萬(wàn)用表的直流電壓檔，測(cè)試輸入電源的電壓，看是否到達(dá)額定電壓〔本產(chǎn)品為+5V〕，如果不是，那么換電源。〔2〕測(cè)試芯片的電源輸入端同上用萬(wàn)用表的直流電壓檔，測(cè)試芯片的接地端與接電源端的點(diǎn)呀，看是否到達(dá)芯片的額定電壓〔本產(chǎn)品所用的芯片都是+5V〕，如果不是，那么檢查其線路是否接錯(cuò)。5．4操作說(shuō)明翻開(kāi)總開(kāi)關(guān)，便可以進(jìn)展交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為30秒，翻開(kāi)總開(kāi)關(guān)，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(shí)間為30秒，然后東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。再過(guò)2秒后，電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，南北方向車道的紅燈。南北東西時(shí)間〔S〕綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈100000250100014001100001010圖6-1交通燈校驗(yàn)時(shí)間圖元器件清單元件名稱規(guī)格及作用數(shù)量NE555產(chǎn)生脈沖174LS163四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器274LS00二輸入與非門274LS10三輸入與非門174LS08二輸入與門174LS48譯碼器274LS153數(shù)據(jù)選擇器274LS74D觸發(fā)器1七段數(shù)碼顯示器共陰極2發(fā)光二極管普通12電容10nF2電容1uF1電阻56k2電阻100歐14電阻10k1總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了