簡易交通信號燈控制器電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).doc

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)簡易交通信號控制器電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 簡易交通信號控制器 學(xué)院（部） 汽車學(xué)院 專 業(yè) 汽車服務(wù)工程 班 級 2011220601 學(xué)生姓名 劉微 學(xué) 號 201122060104 6月 24 日至 6 月 27 日 共 一 周 指導(dǎo)教師（簽字） 前 言 社會在飛速發(fā)展，交通也越來越便利，各式各樣的馬路，立交橋縱橫交錯(cuò)，其中必不可少的就是交通信號燈。在繁忙的十字路口，紅綠燈指示著各種車輛和行人的安全，使交通井然有序，無需交警，交通信號燈的自動(dòng)控制是通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，我國的一些城市已經(jīng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制了，市交警管理工作逐步自動(dòng)化智能化。為了更了解信號燈自動(dòng)控制的基本原理，學(xué)習(xí)利用數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)并制作自動(dòng)控制裝置的方法?？删幊踢壿嬈骷拇罅繎?yīng)用，傳統(tǒng)74系列標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越小，但是數(shù)字電子技術(shù)作為理論基礎(chǔ)原理并沒有改變。因此，基本單元電路，基本功能模塊及基本的分析方法仍然是本次設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，本次設(shè)計(jì)主要是簡易交通燈控制。這將有利于學(xué)生更好的掌握數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法，將數(shù)字電路和模擬電路融會貫通，提高解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也為更好的熟悉計(jì)算機(jī)和運(yùn)用各程序打下良好基礎(chǔ)。17 目 錄摘要1一、方案論證與選擇1二、系統(tǒng)概述21、原理框圖2 2、簡要分析2三、單元電路設(shè)計(jì)及功能說明3 1、秒脈沖產(chǎn)生模塊3 2、分頻模塊4 3、控制模塊6 4、計(jì)數(shù)和顯示模塊8四、系統(tǒng)仿真9五、系統(tǒng)綜述11簡易交通指示燈總電路圖12編后語12元器件明細(xì)表14參考文獻(xiàn)14簡易交通信號燈控制器摘要 在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益增長，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。因此，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。通過采用數(shù)字電路對交通燈控制電路的設(shè)計(jì)，提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃。綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法，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。因此，在本次課程設(shè)計(jì)里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交通控制信號燈。關(guān)鍵字：交通信號燈 控制器 課程設(shè)計(jì) 數(shù)字電路技術(shù) 計(jì)數(shù)器 寄存器 任務(wù)設(shè)計(jì)與要求1.定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒；2.每次由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡；3.分別用紅、黃、綠發(fā)光二極管表示信號燈；4.設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路。一、方案論證與選擇提出方案 方案一：十字路口車輛通行情況只可能有4種情況，可以依次用s0=00,s1=01,s2=10,s3=11,l來記憶交通燈的工作情況。分別對這四種情況進(jìn)行編碼，得到轉(zhuǎn)換圖，顯然這是一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以采用j-k觸發(fā)器74ls107來構(gòu)成，控制電路。方案二：采用555多諧振蕩器來產(chǎn)生t=1s的cp脈沖，然后分主干道和支干道兩路，每一路的原理都相同，由一個(gè)雙向移位寄存器74ls194的輸出來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)控制電路。通過它的移位來實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換以及計(jì)數(shù)電路的工作狀態(tài)；采用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74ls190的級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)燈的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)；采用七段數(shù)碼顯示譯碼器7447芯片和數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。方案三：采用555多諧振蕩器來產(chǎn)生t=1s的cp脈沖，用異步二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)5分頻的功能，從而減少控制狀態(tài)；采用移位寄存器74ls164芯片的輸出與計(jì)數(shù)電路的邏輯關(guān)系來實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換；采用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74ls190級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)燈的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)；采用七段數(shù)碼顯示數(shù)碼管dcd hex來實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。方案選擇 本次設(shè)計(jì)我們采用方案三。方案一中的原件不是很清楚，不能靈活運(yùn)用和掌握，操作起來有難度；而對于方案二中的74ls194，要想實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的轉(zhuǎn)換；需要通過控制74ls194的s1、s0的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)置數(shù)、保持、右移，而這三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不易實(shí)現(xiàn)，相較而言，方案三最適合我們的要求。二、系統(tǒng)概述1、通過分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其原理框圖如圖1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要有秒脈沖發(fā)生器，分頻器，控制器，計(jì)數(shù)器及倒計(jì)時(shí)顯示電路組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號源?？刂破魇窍到y(tǒng)的主要部分。有它來控制計(jì)數(shù)電路工作。主干道計(jì)時(shí)顯示計(jì)數(shù)模塊主干道燈秒脈沖發(fā)生模塊控制模塊分頻模塊支干道計(jì)時(shí)顯示 支干道燈計(jì)數(shù)模塊 圖12、分析(1)、主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。支干道禁止通行，綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔45s時(shí)，轉(zhuǎn)到下一個(gè)工作狀態(tài)。（2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。支干道禁止通行，黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔5s時(shí)，轉(zhuǎn)到下一個(gè)工作狀態(tài)。（3）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。主干道禁止通行，支干道的黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔的5s時(shí)轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。（4）、主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通過綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔25s時(shí)，電路有轉(zhuǎn)到第一種工作狀態(tài)。交通燈的以上四種狀態(tài)是由控制器的移位寄存器74ls164芯片和一些門電路來進(jìn)行控制的，具體介紹見后續(xù)控制器功能說明。三、單元電路設(shè)計(jì)及功能說明1、秒脈沖產(chǎn)生模塊秒脈沖發(fā)生電路時(shí)由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)是以秒作為單位，所以用秒脈沖發(fā)生器且對信號的精度要求不高，故選用555定時(shí)器構(gòu)成。如圖2所示555定時(shí)器周期計(jì)算：t1（r1r2）cln2=0.7(r1r2）ct2=r2cln2=0.7r2ct=t1+t2=(r1+2r2)cln2=0.7(r1+2r2)c555定時(shí)器組成的秒脈沖cp的周期為1s，即t=1，所以可設(shè)置參數(shù)r1=28.86k r2=57.72k c=10uf cf=10uf圖22、分頻模塊通過芯片74ls290實(shí)現(xiàn)其功能。74ls290介紹下：74ls290是異步二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其邏輯電路圖、引腳圖和邏輯符號如圖所示(a)、 (b)、(c)所示。它有一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。若以cp0為計(jì)數(shù)輸入端、q0為輸出端，則得到一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若以cp1為輸入端，q3q2q1為輸出端，則得到異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；將cp1與q0相連并以cp0為時(shí)鐘脈沖輸入端，則得到以一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。有兩個(gè)清零端r0(1）、r0(2），兩個(gè)置9控制端s9(1) 、s9(2)。當(dāng)s9(1) = s9(2)=1時(shí)，r0(1）= r0(2），=0時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出將被置9，其功能表如表1。復(fù)位輸入置數(shù)輸入 時(shí) 鐘 輸 出r0(1） r0(2）s9(1) s9(2) cp0 cp1 q3 q2 q1 q0 1 1 1 1 x 0 0 x 1 x x 0 1 1 1 1 x x x x x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1r0(1）r0(2）=0s9(1）s9(2）=0 cp x x cp cp q0 q3 cp 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（8421碼） 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（5421碼）表174ls290的邏輯電路如圖3所示：圖3本電路只用五進(jìn)制計(jì)數(shù)，將秒脈沖產(chǎn)生的cp給cp1,輸出端的變化如表2，根據(jù)q3的變化。所以將q3的輸出作為控制器的cp脈沖。 q3 q2 q1 q0r0(1）r0(2）=0s9(1）s9(2）=0cp 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0分頻模塊如圖4：表2：圖43、控制模塊控制電路：采用移位寄存器74ls164芯片和一些門電路來實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換；74ls164功能介紹：8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（dsa 或 dsb）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時(shí)鐘 (cp) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 q0， q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（dsa和 dsb）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。主復(fù)位 (mr) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。其邏輯圖及引腳圖如圖5，圖6. 圖5 圖6a1，a2分別表示主干道和支干道的紅燈,b1，b2分別表示主干道和支干道的綠燈c1，c2分別表示主干道和支干道的黃燈.則得真值表如表3：q0 q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7a1 b1 c1a2 b2 c2 45s0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 10 1 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 01 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 5s0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 025s0 0 1 1 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 5s0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 表3由此真值表的如下關(guān)系：a1=q1q7 b1=q7+q0 c1=q0q1 a2=q7+q1 b2=q1q6 c2=q6q7控制器的電路如圖7所示：圖74、計(jì)數(shù)和顯示模塊采用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74ls190來實(shí)現(xiàn)燈的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)；主干道和支干道的計(jì)數(shù)原理相同。74ls190介紹如下： 74ls190是十進(jìn)制可加可減計(jì)數(shù)器。預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（ld）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘cp的狀態(tài)如何，輸出端q0q3即可預(yù)置成與輸入端d0d3相一致的狀態(tài)。而它的計(jì)數(shù)是同步的，靠cp加在四個(gè)觸發(fā)器上實(shí)現(xiàn)，當(dāng)計(jì)數(shù)控制端ct為低電平，在cp上升沿作用q0q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（u/d）為低電平進(jìn)行加計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（u/d）為高電平進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在cp為高電平時(shí)ct和u/d才可以跳變。190有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位/借位輸出端co/bo輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為cp脈沖周期的高電平脈沖。行波時(shí)鐘輸出端rc輸出一個(gè)寬度等于cp脈沖周期的低電平脈沖。利用rc可級聯(lián)成n位同步計(jì)數(shù)器，當(dāng)采用并行cp控制時(shí)，則將rc接到后一級的ct；當(dāng)采用并行ct控制時(shí)，則將rc接到后一級的cp. 圖8 圖974190與指示燈控制端真值表如下：主干道支干道綠黃紅高位片h g f e低位片d c b a綠黃紅高位片h g f e低位片d c b a1000 1 0 00 1 0 10010 1 0 10 0 0 00100 0 0 00 1 0 11000 0 1 00 1 0 10010 0 1 10 0 0 00100 0 0 00 1 0 1表4通過對應(yīng)邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)74190置數(shù)功能。采用兩片74ls190級聯(lián)來實(shí)現(xiàn)45s及其他倒計(jì)時(shí)電路，電路原理圖如圖所示圖10顯示電路采用七段帶譯碼數(shù)碼顯示dcd_hex來實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。七段數(shù)碼顯示dcd hex具有4位輸入端，是共陰極七段顯示。 只需按從左到右按高位到低位連接即可。如圖10所示圖10四、系統(tǒng)仿真通過multisim軟件仿真，得如下結(jié)果1 主干道綠燈，支干道紅燈狀態(tài)圖112 主干道黃燈，支干道紅燈狀態(tài)圖123 主干道紅燈，支干道綠燈狀態(tài)圖13 4 主干道紅燈，支干道黃燈狀態(tài)圖14五、系統(tǒng)綜述所設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過將555多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖用74290五分頻后實(shí)現(xiàn)對移位寄存器74164的控制，再將八位寄存器74164通過非門接成十六位扭環(huán)形移位寄存器，得到十六種均勻的輸出狀態(tài)，將其不同輸出狀態(tài)通過邏輯門得到紅綠燈的工作狀態(tài)，同時(shí)可以根據(jù)紅綠燈的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管所需顯示時(shí)間，通過計(jì)時(shí)顯示電路實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示功能。而計(jì)時(shí)電路通過十進(jìn)制加減可逆計(jì)數(shù)器74190的減法計(jì)數(shù)功能得以實(shí)現(xiàn)。 簡易交通信號燈控制器總電路圖圖15編后語總結(jié)、收獲與體會電工與電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐周，是以學(xué)生自己動(dòng)手動(dòng)腦，它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)我們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時(shí)代的大學(xué)生，僅會書本理論是不夠的，基本的動(dòng)手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易交通信號燈控制器，盡管這個(gè)在理論上來講并不是很難，但是實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們還是遇到了不小的難題。首先，雖然課本上有相關(guān)電路的知識，老師也給我們講過這方面的知識，但是，真正遇到讓我們自己設(shè)計(jì)一個(gè)，一切從零控制器開始時(shí)，我們就有點(diǎn)茫然不知所措了。書到用時(shí)方恨少，我們深深體會到了課堂上所學(xué)知識的局限性。對于一些電子元件的選擇，電路的連接，電路圖的繪制等等方面，我們一開始都沒法下手。后來，我們通過查閱資料，通過網(wǎng)絡(luò)的范本，慢慢地了解、認(rèn)識，最終完成了這份課程設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，我的體會主要有以下幾點(diǎn)。第一、課本知識的局限性。我們課堂上所學(xué)的知識只是限于理論上的，但是實(shí)際應(yīng)用起來，有很多問題需要考慮，因此，必須通過各種方法來了解這些細(xì)節(jié)問題。第二、平時(shí)要保持良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)態(tài)度。這次設(shè)計(jì)充分地暴露了我們電工技術(shù)知識的不足。因此，平常我們學(xué)習(xí)的時(shí)候，不應(yīng)該局限于課堂知識，而應(yīng)該廣泛地涉略，時(shí)刻保持良好的學(xué)習(xí)積極性和心態(tài)。第三、要學(xué)習(xí)一些實(shí)用軟件。本次設(shè)計(jì)需要畫電路圖，我們由于不會使用protel 和protues，所以畫電路圖很麻煩。平常，我們應(yīng)該多學(xué)習(xí)這類實(shí)際應(yīng)用型的軟件，這對于日后發(fā)展都是有很大作用的。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固在此次課程設(shè)計(jì)中，對于簡易交通指示燈，我們采用的方案也許不是最佳的，但是是我們努力的成果。我們的方案存在的缺點(diǎn)有電路比較復(fù)雜，用的芯片比較多。在計(jì)數(shù)電路和顯示電路方面也以用更方便的集成電路來替代，但由于時(shí)間緊迫，我們沒有完成。本次課程設(shè)計(jì)促使我們開動(dòng)腦筋想出自己的方案, 鞏固和加強(qiáng)“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”課程的理論知識。不僅使我們知道課本上知識的原理,也使得我們對各種方案有進(jìn)一步的理解并進(jìn)行選擇。在做設(shè)計(jì)之前我們在圖書館找了大量的資料，并從中得到啟發(fā)進(jìn)一步得出自己的總體方案，我們對方案進(jìn)行了分塊，對單元電路也做了詳細(xì)的介紹。同時(shí)我們也進(jìn)一步熟悉并掌握了multisim軟件的應(yīng)用，對所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了仿真，由于時(shí)間的限制在設(shè)計(jì)的某些方面設(shè)計(jì)的還不理想。在這次設(shè)計(jì)中，我初步把數(shù)電知識理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，使我所學(xué)的數(shù)字邏輯知識得到了的一定程度的運(yùn)用。也培養(yǎng)了我對數(shù)電的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)也讓我們團(tuán)隊(duì)合作的重要性。很喜歡這樣上課,可以鍛煉自己各個(gè)方面的能力,希望以后有更多這樣的實(shí)訓(xùn)機(jī)會,最好是走出校園的實(shí)訓(xùn)。問題與反思：本次課程設(shè)