交通指揮燈(B).doc

目 錄第1章 系統(tǒng)概述.1. 1 選題背景.1. 2 技術(shù)要求.1. 3 資料收集與工作過程簡介.1. 4 系統(tǒng)框圖及原理設(shè)計.1.4.1 結(jié)構(gòu)圖及原理圖.1.4.2 實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程1.4.3 方案的特點及選取原因特點.第2章 單元電路設(shè)計與分析.2. 1 秒脈沖信號產(chǎn)生電路.2. 2 定時計數(shù)電路.2. 3 主電路2.3.1 主控電路2.3.2 譯碼驅(qū)動電路.2. 4 顯示電路.第3章 電路調(diào)試.3. 1 單元電路調(diào)試3. 2 進行整體調(diào)試.3. 3 功能及性能指標測試.3. 4 課程設(shè)計的結(jié)論.第4章 結(jié)束語.4. 1 原器件清單.4. 2 電路改進說明4. 3 課程設(shè)計收獲與體會.參考文獻第一章 系統(tǒng)概述 1.1 選題背景 在一個交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設(shè)也沒有交警，那會發(fā)生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會陷入一片混亂，甚至癱瘓。當然我們每個人都不希望這樣。我們作為社會的一員，每人都有責任為它的更加先進和快捷做出力所能及的事情。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。自從交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進，設(shè)計方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化。尤其是近幾年來，隨著電子與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計方法有了很大的改進，電子設(shè)計自動化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段，這些為交通燈控制電路的設(shè)計提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。 在本次課程設(shè)計里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計方法為基礎(chǔ)，同時引入了電子設(shè)計自動化技術(shù)，利用了數(shù)字邏輯這一強大工具，同時還運用了multism軟件和一些數(shù)字邏輯器件，來設(shè)計了可控制的交通信號燈。我們設(shè)計了這個交通燈信號控制系統(tǒng)通過本課程設(shè)計，使我們加強對電子技術(shù)課程內(nèi)容的理解和掌握，學會使用半導體元件和集成電路，掌握電子電路的基本分析方法和設(shè)計方法，進一步提高分析解決實際問題的綜合能力，也為將來的就業(yè)或繼續(xù)深造做好準備。1.2 技術(shù)要求（1）設(shè)計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則停止行駛（給行駛中的車輛有時間停在禁行線以外）。（2）主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，設(shè)立45秒、25秒計時、顯示電路。（3）在每次由綠燈亮轉(zhuǎn)換到紅燈亮的過程中，要亮5秒鐘的黃燈作為過度，使行駛中的車輛有時間停到禁行線以外，設(shè)立5秒鐘的計時及顯示電路。1.3 資料收集與工作過程簡介 電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)課程的實踐性環(huán)節(jié)，是對所學的電子技術(shù)基本理論知識的綜合運用。課程設(shè)計是根據(jù)某一課題技術(shù)指標或邏輯功能的要求，進行電路的獨立設(shè)計，實驗安裝和調(diào)試，在實驗板上進行電子產(chǎn)品的制作和寫出實驗總結(jié)報告。根據(jù)這次課程設(shè)計的內(nèi)容和要求，我首先進行了整體方案的構(gòu)思，通過在圖書館查閱資料，并分析和比較，選取了一種簡單而且可行性高的方案。 此方案主要由脈沖信號產(chǎn)生電路、定時計數(shù)電路、計時顯示電路、主控電路、譯碼驅(qū)動電路等組成。通過查閱有關(guān)書籍和綜合已學的數(shù)字電子技術(shù)的知識，并考慮到電路的工作穩(wěn)定性，設(shè)計成本低，電路簡單，功耗低，元器件貨源充足等因素，同時還留有余地用于電路的功能擴展（如緊急情況的處理），鑒于此選用了比較常見的元器件來構(gòu)成各單元電路，選取所須的元件后，對各電路元件的參數(shù)進行了計算，然后進實驗室進行電路的安裝和調(diào)試。經(jīng)過三天緊張的電路安裝和調(diào)試，期間還進行了部分方案的修改和改進，實現(xiàn)了課程設(shè)計的主要任務和具體要求。并在此基礎(chǔ)上擴展了緊急情況處理電路。該方案雖然實現(xiàn)了課題的內(nèi)容和要求，但還有些地方不夠完善。比如，緊急情況處理擴展電路還有待改進，可以在處理完緊急情況后自動恢復到電路原來的工作狀態(tài)。1.4 系統(tǒng)框圖及設(shè)計原理1.4.1 結(jié)構(gòu)圖及原理圖 這是一個數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計問題，按自頂向下的設(shè)計方法，整個系統(tǒng)可分為主控電路、定時電路、譯碼驅(qū)動顯示等幾個模塊，而定時電路可以由45S、25S、5S計數(shù)器功能模塊構(gòu)成。譯碼驅(qū)動顯示可由數(shù)據(jù)選擇器和D觸發(fā)器組合邏輯電路構(gòu)成，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，系統(tǒng)框圖如圖1-4-1-1所示：電路原理圖如圖1-4-1-2所示：圖1-4-1-1 交通燈控制系統(tǒng) 圖1-4-1-2實驗原理圖1.4.2 實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程（1）圖主車道綠燈亮，支車道紅燈亮。表示主車道上的車輛允許通行，支車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間的時間間隔T45時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉(zhuǎn)一工作狀態(tài)。（2）主車道黃燈亮，支車道紅燈亮。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，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔T5時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（3）主車道紅燈亮，支車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔T25時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）主車道紅燈亮，支車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支車道上未過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)定的時間間隔T5時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號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12、1所示，控制器應送出主、支車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定： 控制狀態(tài) 信號燈狀態(tài) 車道運行狀態(tài)S0（00）主綠，支紅 主車道通行，支車道禁止通行S1（01）主黃，支紅 主車道緩行，支車道禁止通行S3（11 主紅，支綠 主車道禁止通行，主車道通行S2（10） 主紅，支黃 主車道禁止通行，主車道緩行AG=1：主車道綠燈亮；BG=1：支車道綠燈亮；AY=1：主車道黃燈亮；BY=1：支車道黃燈亮；AR=1：主車道紅燈亮；BY=1：支車道紅燈亮；由此得到交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于45秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于45秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖所表達的含義。可用下面的四個狀態(tài)描述 表1-4-2 狀態(tài)表狀態(tài)主 干 道支 干 道時 間 S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行 45秒 S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行 5秒 S2 紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行 25秒 S3 紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車 5秒1.4.3 方案的特點及選取原因特點 （1）特點：本系統(tǒng)分為三大模塊：主電路、定時電路、控制電路。其中主電路包括主干道和支干道的6個交通指示燈、譯碼顯示電路；定時電路包括秒脈沖信號產(chǎn)生電路，5S定時器、45S定時器、25S定時器；控制電路包括主控電路。通過時序電路的知識可聯(lián)想到使用數(shù)據(jù)選擇器和D觸發(fā)器來控制電路，并使它們的組合與三個定時器產(chǎn)生互動，以實現(xiàn)信號燈循環(huán)亮的功能。定時電路用的是計數(shù)器接成的45S、25S、5S計數(shù)，秒脈沖信號是利用555電路接成的占空比為50%的方波，而控制電路則是由數(shù)據(jù)選擇器與D觸發(fā)器一起控制的。 （2）選取原因：該方案電路接線簡單，避免了初學者在焊接時出現(xiàn)不必要的麻煩。由于本電路要求精度不高，所以選用了555定時器來產(chǎn)生秒脈沖。 第二章 單元電路設(shè)計與分析 2.1 秒脈沖信號產(chǎn)生電路由555秒信號產(chǎn)生器的電路是利用555 定時器組成的秒信號發(fā)生器。NE555 芯片有單穩(wěn)態(tài)電路功能，可發(fā)生T=0.7*(R1+2*R2)*C其輸出信號的周期為1 秒。本電路輸出脈沖的周期為方波信號，可適當?shù)倪x擇電阻、電容，使其輸出信號的周期為1 秒。本次實驗選的R1=7.2K R2=3.6K C1=0.01F C2=100F如圖2-1： 圖2-1 秒脈沖產(chǎn)生電路2.2 定時計數(shù)電路（1）定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由555定時器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL和模45的定時信號45。（2）計數(shù)器選用集成電路74LS160進行設(shè)計較簡便。74LS160是4位二進制同步計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和引腳功能圖如圖2-2(a)和2-2(b)所示。圖中,LD是低電平有效的同步置數(shù),CR是低電平有效的異步置零端，EP和ET為使能端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。圖2-2-1(a) 74LS163的外引線排列圖 圖2-2-1(b) 74LS163的引腳功能圖 （3）將74LS163接成100進制計數(shù)器，是利用并行近衛(wèi)方式。先將底片位的進位端連接到高片位的EP ET的使能端因為本實驗采用的是同步置數(shù)的方法，所以高.底片的異步置零端均置1，當?shù)灼挥嫈?shù)到(1001)時，進位端給信號，這時高片位開始工作。最后根據(jù)電路的要求分別實現(xiàn)計數(shù)45S、25S、5S，由于74LS163是同步置數(shù)，故當計數(shù)器計到(0100，0100)時為45S，(0010，0100)時為25S，（0000，0100）時為5S。計數(shù)器的脈沖是由秒脈沖發(fā)生器提供的，它的清零端信號由主控電路輸入。如圖2-2-2：圖2-2-2 計數(shù)電路2.3 主電路2.3.1 主控電路 控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。選用兩個D觸發(fā)器D0、D1作為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，選用一個D觸發(fā)器D3作為計數(shù)單元清零信號的延時輸出，設(shè)D觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，系統(tǒng)為初始狀態(tài)S0,此時數(shù)據(jù)選擇器的地址代碼（A0,A1）為（0，0）輸出(D00，D10)，為（0,45秒信號輸出端），當計數(shù)器到（0100，010045）秒時，D3輸出清零信號，轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)S1,此時（A0，A1）為（0，1），輸（D01，D11 ）為（5秒信號輸出端,5秒信號輸出端），當計數(shù)器到0000，01005秒時，D3輸出清零信號，轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)S2, 此時（A0,A1）為（0，1）， 輸出（D01,D11） , 為（5秒信號輸出端,5秒信號輸出端），當計數(shù)器到0000，01005秒時，D3輸出清零信號，轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)S2, 此時(A0，A1)為(1，1)， 輸出(D03，D13) 為（1，25秒信號輸出端），當計數(shù)器到（0010，0100）25秒時，D3輸出清零信號，轉(zhuǎn)到下一個狀態(tài)S3，此時（A0,A1）為（1，0），輸出(D02，D12) 為（5秒信號輸出端,5秒信號輸出端），當計數(shù)器到（0000，01005）秒時，D3輸出清零信號，轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0，完成一個循環(huán)計數(shù)。 2.3.2 譯碼驅(qū)動電路 譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。 狀態(tài)方程式：MR(主紅)=Q1 SR(支紅)=Q1 MY(主黃)=Q1Q0 SY(支黃)=Q1Q0 MG(主綠)=Q1Q0 SG(支綠)=Q1Q0如圖2-3：圖2-3 主控電路及譯碼驅(qū)動電路2.4 顯示電路利用CD4511來驅(qū)動共陰七段數(shù)碼管顯示，如圖2-4顯示電路：圖2-4顯示電路第三章 電路調(diào)試3.1 單元電路調(diào)試 （1）要調(diào)試秒脈沖信號發(fā)生器。先加電檢查線路，如能正常工作，即能輸出信號脈沖；接下來調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率，把脈沖信號接入示波器，調(diào)節(jié)電位器電阻使脈沖信號的頻率為一秒。記錄下響應的電阻和電容值。（2）調(diào)節(jié)狀態(tài)譯碼器、信號燈的工作，把已調(diào)節(jié)好的秒脈沖信號接入控制器，使控制器開始工作，檢查各信號燈是否正常工作（各信號燈的亮滅情況及交換次序，Q1Q0輸出是計數(shù)器的清零信號），紅燈的閃爍是否正常。（3）調(diào)節(jié)加法計數(shù)器和數(shù)字顯示系統(tǒng)，把秒脈沖信號直接接入加法計數(shù)器，檢查數(shù)字顯示是否正確（各個數(shù)字是否能正常顯示和顯示次序是否正確）。（4）調(diào)節(jié)各置數(shù)器，把置數(shù)器和加法計數(shù)器連接好，并接入秒脈沖信號至加法計數(shù)器。把其中一個置數(shù)器的控制端接低電平另兩個置數(shù)器接高電平，看其置數(shù)是否正確，用同樣的方法檢查另外兩個置數(shù)器的置數(shù)。3.2 進行整體調(diào)試把各個已檢查好的單元部分連接起來，注意要把四個方向共8 個74LS48驅(qū)動的LED接入電路。接入秒脈沖信號，檢查燈亮和數(shù)顯之間是否正常對應，有不正常之處要一一改正。到此整個定時控制系統(tǒng)已完成設(shè)計和實驗模擬實現(xiàn)其功能之目的。3.3 功能及性能指標測試 （1）先進行秒脈沖產(chǎn)生電路的測試: 給電路板接通電源（5v），將輸出端接示波器的輸入通道，觀察輸出波形如圖33-1圖33-1脈沖輸出波形（2）進行計數(shù)電路的測試：斷開計數(shù)器的清零信號，接通電源來觀察顯示電路，如圖3-3-2圖3-3-2顯示電路（3）進行計數(shù)器各使能端輸入信號測試：將萬用表打在電壓檔，來測使能端，如圖3-3-3所示：圖3-3-3 信號序列圖3.4 課程設(shè)計的結(jié)論電子產(chǎn)品的電氣連接，是通過對元件零部件的裝配與焊接來實現(xiàn)的。安裝與連接是按照設(shè)計要求制造電子產(chǎn)品的主要操作環(huán)節(jié) /應該說。和電子工程技術(shù)的其它內(nèi)容比較起來安裝與連接的技術(shù)并不復雜，因此往往不受重視，但是，產(chǎn)品的裝配過程是否合理，焊接質(zhì)量是否可靠。對整機性能的影響是很大的，也許你聽說過，一些精密復雜的儀器因為一個焊點的虛焊，一個螺釘?shù)乃蓜佣荒苷９ぷ鳎踔劣捎诎徇\，振動使某個部件脫落造成整機報廢，所以，掌握正確的安裝工藝與連接技術(shù)，對于電子產(chǎn)品的設(shè)計與研制，使用和維修都具有重要的意義。第四章 結(jié)束語4.1原器件清單 表4-1原器件清單名稱 數(shù)量（個）用途名稱數(shù)量（個）用途555定時器1脈沖發(fā)光二極管6信號燈數(shù)碼管（共陰）2顯示普通二極管2_CD45112譯碼驅(qū)動元片電容（103）1_74LS1602計數(shù)電解電容220u1_74LS741_74LS082_74LS1532_74LS041_電阻若干4.2電路改進說明（1） 本電路的秒脈沖產(chǎn)生電路是由555定時器構(gòu)成的占空比為50%的多諧振蕩產(chǎn)生，因此存在時間上的不精確，不過好在該系統(tǒng)在實際應用中對時間的要求精確度不高。這里可以采用分頻電路來產(chǎn)生秒脈沖。（2） 該電路設(shè)計簡單沒有涉及控制信號，即沒考慮兩條干道上車輛的有無情況。（3）本電路的計數(shù)器是使用兩片74LS163級聯(lián)成100進制的計數(shù)器來計數(shù)，其實可以用74LS160來代替，這樣可以使電路更簡單。4.3 課程設(shè)計收獲與體會 電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)課程的實踐性環(huán)節(jié)，這次交通信號燈控制器的設(shè)不僅要綜合運用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論知識，而且還需要獨立進行電路設(shè)計的能力，并要求具有較強的動手能力，因此做好這個課題設(shè)計將受益非淺。下面就本次課程設(shè)計的收獲和體會做幾點總結(jié)。 （1）通過這次課程設(shè)計，加強了我們的動手能力，以及遇到問題時如何去思考，如何去解決問題的能力。（2）在設(shè)計過程中遇到各種各樣的問題是不可避免的，不僅讓我們更深刻的體會到理論結(jié)合實踐的重要性，同時培養(yǎng)了我們在理論知識的基礎(chǔ)上，如何具體問題具體分析的能力。 （3）這次的課設(shè)，讓我深深的頓悟到課本上的知識確是理論，書上的知識多而散，只看書思維永遠只定格在了“廣”，而無法對其真正的了如指掌，運用自如，做到“精”。實踐恰恰為我們提供了一個從“廣”到“精”的平臺，在實踐中，讓我們深刻的了解和掌握諸如各種器件的性能|、用法及應注意事項。（4）課設(shè)期間，不僅僅是實踐的重要時刻，更是我們培養(yǎng)思考問題、分析問題、解決問題的能力以及面對突如其來意想不到的問題時的應變能力，使我們受益匪淺，對今后的學習和工作都奠定了無可比擬的作用。 最初的搜集資料，確定課題，不僅鞏固了課本上的理論知識，同時還學到了一些書上沒有卻至關(guān)重要的東西，“采集”知識的過程不能不說是充實和喜悅的。 繪制電路圖的過程中，不僅讓我們學習了一些重要軟件的使用方法，同時也在無形中加強了我們分析器件、分析電路圖的能力，因為只有對原理圖有詳細的理解，才能為焊接和調(diào)試奠定成功的基礎(chǔ)。 本以為焊接是整個過程中最費時間的一個過程段，后來才發(fā)現(xiàn)調(diào)試是整個課設(shè)中的重中之重，它需要我們各方面的綜合能力，對原理是不是清楚，對芯片的工作狀態(tài)是不是了解，以及出現(xiàn)問題時該怎么解決。 在課設(shè)過程中，是知識的交流，更是人與人之間心的交流，我們不能不肯定最終的成功帶給我們的喜悅，也不能否認失敗和挫折帶來的打擊和困惑，但是團隊之間的協(xié)作、老師的耐心指導和同學們的幫助，讓我覺得怎樣的勞動和挫折都是值得的，正所謂“不經(jīng)歷風雨，怎能見彩虹”，“陽光總在風雨后”，成功的喜悅和奮斗的過程是無與倫比的。 生活就是這樣，汗水預示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計為我們的社會付出。我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設(shè)計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設(shè)計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。 同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人