交通信號燈課程設(shè)計.doc

目 錄緒論11 設(shè)計目的和意義22 目標(biāo)與總體方案22.1 時鐘信號發(fā)生器32.2 計數(shù)器42.3 主控制器53 設(shè)計方法和內(nèi)容63.1實驗器材及介紹63.1.1 74LS0073.1.2 74LS4883.1.3 74LS9083.1.4 74LS2093.1.5 顯示數(shù)碼管103.1.6 電阻133.1.7 發(fā)光二極管144、 軟件仿真164.1、EWB應(yīng)用164.2、開發(fā)板實物正、反面215、設(shè)計創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)245.1、焊錫245.2、焊錫注意245.2.1、保持合適的溫度245.2.2、用烙鐵頭對焊點施力是有害的245.3、電路調(diào)試255.3.1、調(diào)試前的檢查255.3.2、調(diào)試中注意的事項255.3.3、測量電路中是否接通265.3.4、通電后的測試26總結(jié)27致謝29參考文獻3030 / 31交通信號燈控制電路的設(shè)計摘要：交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高交通道路通行能力、減少交通道路事故有明顯事故。通過采用數(shù)字電路對交通燈控制電路的設(shè)計，提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動控制十字路口兩組紅綠燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮車輛行人通行，保證車輛行人安全，實現(xiàn)車輛行人安全，實現(xiàn)十字路口交通管理自動化。十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個主干道和一個只感到的十字路口，每邊都設(shè)置了紅綠黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時限要求黃燈亮幾秒鈡，以便讓停車線以外的車輛禁止運行。因為主干道上的車輛多，所以主干道放行的時間要長。本設(shè)計采用較為常用的74系列芯片，及555芯片實現(xiàn)了信號燈與信號脈沖同步實現(xiàn)、同步控制，進而提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、獨立性。關(guān)鍵字： 交通燈 信號控制 脈沖發(fā)生器 信號處理 電路設(shè)計緒論汽車進入尋常老百姓的家庭，在加上政府大力發(fā)展公交車、出租車，使得道路上車輛也來也多，許多大城市如北京、上海、南京等均出現(xiàn)了道路交通超負(fù)荷運行的情況。因此，自80年代后期以來，許多城市紛紛擴建城市道路，在道路建設(shè)完成的初期，他們也曾有效地改善了交通隨我國城市化建設(shè)的發(fā)展，人民的生活水平日漸提高，越來越多的狀況。然而隨著交通量的快速增長和缺乏對道路的系統(tǒng)研究和控制，擴建道路并沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特點，也決定了城市道路的交通狀況必然說到這種路況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限制利用好耗費巨資修建的多車道城市道路，緩解城市的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門解決的主要問題。在種情況下，道路交通信號燈開始發(fā)揮了越來越重要的作用，并已成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通燈是城市交通的重要指揮系統(tǒng)，與人們的日常生活密切相關(guān)。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路交通堵塞問題日趨嚴(yán)重，如何對交通進行合理的管理和調(diào)度而盡可能減少堵車現(xiàn)象成為目前我國很多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的主流方向。結(jié)合我國城市道路交通的實際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)是當(dāng)前的主要任務(wù)，以最大限度地減少了十字路口的車輛平均延誤時間，提高了路口通行能力，以達到緩解交通擁擠的目的。1 設(shè)計目的和意義本次課程設(shè)計的目的主要是通過設(shè)計交通燈控制電路，了解數(shù)字電子技術(shù)，鞏固和綜合運用所學(xué)知識，提高分析、解決數(shù)字電子技術(shù)實際問題的能力，增長自己的知識。如何采用合適的控制方法，最大限度地利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、街區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門解決的主要問題。為此，本次設(shè)計的是交通信號燈的設(shè)計、仿真和調(diào)試。就成鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計計算和實驗調(diào)試進行具體分析討論。2 目標(biāo)與總體方案十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個主干道和一個只感到的十字路口，每邊都設(shè)置了紅綠黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時限要求黃燈亮幾秒鈡，以便讓停車線以外的車輛禁止運行。因為主干道上的車輛多，所以主干道放行的時間要長。要實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路有時鐘信號發(fā)生器、計數(shù)器、主控制器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路及部分組成。圖 2-12.1 時鐘信號發(fā)生器555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。 圖 2-2 圖 2-3設(shè)電容的初始電壓0，t0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端0，比較器1輸出為高電平，輸出為低電平，即，（1表示高電位，0表示低電位），觸發(fā)器置1，定時器輸出此時，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源經(jīng)，向電容充電，逐漸升高。當(dāng)上升到時，輸出由翻轉(zhuǎn)為1，這時，觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0t80,000小時（2）故障檢修LED數(shù)碼管不亮 產(chǎn)生此故障的原因可能有：1）變壓器損壞、引線斷開或虛焊。若變壓器損壞，則予以更換或重新繞制；若引線斷開或虛焊，則應(yīng)重新連接或重新焊接。2）+5V電源故障。應(yīng)檢查顯示電路電源電壓及數(shù)碼管供電是否正常（正常時為5V直流電壓）。若兩者不正常則檢查7805三端穩(wěn)壓器是否有5V電壓輸出。若三端穩(wěn)壓器有5V電壓輸出，則為電路板的連接線損壞，或未開爐或短路，若開路則應(yīng)重新連接；若短路應(yīng)清理短路點。若三端穩(wěn)壓器沒有5V電壓輸出，則檢查 7805輸人端有無8V左右的電壓。若7805輸入端有8V電壓，則說明7805損壞。若7805輸入端沒有8V電壓，則檢查橋式整流電路有無8V左右電壓輸出。若整端電路沒有8V電壓輸出，則檢查220V交流電源是否正常。若交流電源不正常，則應(yīng)對交流電源進行檢查。若交流電源220V電壓正常，則在連接線正常的情況下應(yīng)為變壓器損壞，予以更換。3）LED數(shù)碼管公共陽極（或公共陰極）上無+5V電壓。這種故障常常是由限流電阻發(fā)生虛焊或印制導(dǎo)線不通引起的。若無5V電壓，則按照前面所述檢查電源電壓的方法進行檢查；若限流電阻開路，則應(yīng)予以更換；若為電路板虛焊或印制導(dǎo)線不通，則必須重新連接或焊接：3.1.6 電阻圖 3-11 電阻電阻元件的電阻值大小一般與溫度，材料，長度，還有橫截面積有關(guān)，衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數(shù)，其定義為溫度每升高1時電阻值發(fā)生變化的百分?jǐn)?shù)。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經(jīng)過它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓、分流的作用。對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻。（1）計算公式串聯(lián)： 并聯(lián)： 兩個電阻并聯(lián)式也可表示為 定義式：R=U/I決定式：R=L/S(表示電阻的電阻率，是由其本身性質(zhì)決定，L表示電阻的長度，S表示電阻的橫截面積)（2）色環(huán)電阻的識別方法帶有四個色環(huán)的其中第一、二環(huán)分別代表阻值的前兩位數(shù)；第三環(huán)代表倍率；第四環(huán)代表誤差?？焖僮R別的關(guān)鍵在于根據(jù)第三環(huán)的顏色把阻值確定在某一數(shù)量級范圍內(nèi)，例如是幾點幾K、還是幾十幾K的，再將前兩環(huán)讀出的數(shù)”代”進去，這樣就可很快讀出數(shù)來。1）熟記第一、二環(huán)每種顏色所代表的數(shù)。可這樣記憶：棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍6，紫7，灰8，白9，黑0。這樣連起來讀，多復(fù)誦幾遍便可記住。記準(zhǔn)記牢第三環(huán)顏色所代表的 阻值范圍，這一點是快識的關(guān)鍵。具體是：金色：幾點幾黑色：幾十幾棕色：幾百幾十紅色：幾點幾橙色：幾十幾黃色：幾百幾十綠色：幾點幾 藍色：幾十幾從數(shù)量級來看，整體上可把它們劃分為三個大的等級，即：金、黑、棕色是歐姆級的；紅橙、黃色是千歐級的；綠、藍色則是兆歐級的。這樣劃分一下是為了便于記憶。2）當(dāng)?shù)诙h(huán)是黑色時，第三環(huán)顏色所代表的則是整數(shù)，即幾，幾十，幾百等，這是讀數(shù)時的特殊情況，要注意。例如第三環(huán)是紅色，則其阻值即是整幾的。3）記住第四環(huán)顏色所代表的誤差，即：金色為5%；銀色為10%；無色為20%。3.1.7 發(fā)光二極管圖3-12發(fā)光二極管它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。（1）性能要求1）高可靠性特別像LED路燈的驅(qū)動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。2）高效率LED是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu)，尤為重要。因為LED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。3）高功率因素功率因素是電網(wǎng)對負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網(wǎng)的影響不大，但晚上大家點燈，同類負(fù)載太集中，會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對于30瓦40瓦的LED驅(qū)動電源，據(jù)說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。4）驅(qū)動方式通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。它的優(yōu)點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運行的問題。這兩種形式，在一段時間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。5）浪涌保護LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。6）保護功能電源除了常規(guī)的保護功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過高。7）防護方面燈具外安裝型，電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮，外殼要耐曬。8）驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配。9）要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。4、 軟件仿真4.1、EWB應(yīng)用（1）本設(shè)計采用EWB進行仿真，首先進入主界面。圖 3-13 EWB仿真主界面（2）然后根據(jù)仿真需要選取適當(dāng)?shù)钠鞑摹D 3-14（3）設(shè)計出仿真圖后進行仿真，發(fā)現(xiàn)該電路能正常運行。圖 3-15(4)進過仔細(xì)分析，設(shè)計出電路正反面圖：圖 3-16 正面圖 3-17 反面4.2、開發(fā)板實物正、反面圖 3-18 紅綠燈（左為主干道，右為支干道）圖 3-19 反面焊點圖 3-20 正面工作狀態(tài)5、設(shè)計創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)5.1、焊錫錫焊時可以采用不同的加熱速度，例如烙鐵頭形狀不良，用小烙鐵焊大焊件時我們不得不延長時間以滿足錫料溫度的要求。在大多數(shù)情況下延長加熱時間對電子產(chǎn)品裝配都是有害的， 這是因為：1）焊點的結(jié)合層由于長時間加熱而超過合適的厚度引起焊點性能劣化。2）印制板，塑料等材料受熱過多會變形變質(zhì)。3）元器件受熱后性能變化甚至失效。4）焊點表面由于焊劑揮發(fā)，失去保護而氧化。結(jié)論：在保證焊料潤濕焊件的前提下時間越短越好。5.2、焊錫注意5.2.1、保持合適的溫度如果為了縮短加熱時間而采用高溫烙鐵焊校焊點，則會帶來另一方面的問題：焊錫絲中的焊劑沒有足夠的時間在被焊面上漫流而過早揮發(fā)失效；焊料熔化速度過快影響焊劑作用的發(fā)揮；由于溫度過高雖加熱時間短也造成過熱現(xiàn)象。結(jié)論：保持烙鐵頭在合理的溫度范圍。一般經(jīng)驗是烙鐵頭溫度比焊料熔化溫度高50較為適宜。理想的狀態(tài)是較低的溫度下縮短加熱時間，盡管這是矛盾的，但在實際操作中我們可以通過操作手法獲得令人滿意的解決方法。5.2.2、用烙鐵頭對焊點施力是有害的烙鐵頭把熱量傳給焊點主要靠增加接觸面積，用烙鐵對焊點加力對加熱是徒勞的。很多情況下會造成被焊件的損傷，例如電位器，開關(guān)，接插件的焊接點往往都是固定在塑料構(gòu)件上，加力的結(jié)果容易造成原件失效。5.3、電路調(diào)試電路連接完后，要進行調(diào)試，以檢測是否達到要求。實驗表明，一個電子裝置，即使按照設(shè)計的電路參數(shù)進行安裝往往也難于達達預(yù)期效果。這是因為人們在設(shè)計時，不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問題，必須通過安裝后的調(diào)試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不足。然后采取措施加以改進，使裝置達到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對從事電子技術(shù)及有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說，是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號發(fā)生器。5.3.1、調(diào)試前的檢查電子安裝完畢，通常不宜急于通電，要形成這種習(xí)慣，先仔細(xì)檢查。5.3.2、調(diào)試中注意的事項為了保證效果，必須減少測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點：1）正確受用測量儀器的接地端。 2）測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。因為，若測量儀器輸入阻抗小，則在冊來難過時會引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。 3）以前的帶寬必須大于被測電路的帶寬，要正確選擇測量點。4）用同一臺測量儀進行測量，測量點不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。5）測量過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，還要記錄。記錄的內(nèi)容包括實驗條件、觀察的現(xiàn)象、測量的數(shù)據(jù)等。只有有了大量的可靠實驗記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計上的問題，完善設(shè)計方案。6）調(diào)試時出現(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題就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題，我們應(yīng)該認(rèn)真檢查。調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度上受測量正確與否和測量精度的影響。5.3.3、測量電路中是否接通用萬用表的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩支筆接到北側(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，則證明是通的；如果是無窮大，則證明中間有線是斷開的，則要一根一根的檢查該組的每一根線，直到查出為止。5.3.4、通電后的測試1）測試電源用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源的電壓，看是否達到額定電壓，如果不是，則換電源。2）測試芯片的電源輸入端用萬用表的直流電壓檔，測試芯片的接地端與接電源端的點，看是否達到芯片的額定電壓，如果不是，則檢查其線路是否接錯。3）測試芯片的個引腳電壓用萬用表直流電壓檔，逐個測試芯片各個引腳的電壓是否與理論值相統(tǒng)一，若是繼續(xù)下一引腳，否則，檢查該引腳是否焊接有問題?？偨Y(jié)通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力，現(xiàn)在課程設(shè)計已經(jīng)做好了，感覺挺棒的。剛拿到課題時，我一頭霧水，花了很長時間才做好，但還是學(xué)到了很多東西。通過這次課程設(shè)計，增強了自己對知識的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了，在課程設(shè)計的過程中，我們發(fā)現(xiàn)對同一個問題有很多不同的解決方法，運用不同的芯片進行了比較，最后采用了比較簡單的方法進行連接，在連線的過程中經(jīng)常遇到一些問題，比如，接錯線，無意中刪除了一些線等，使我們感覺有一點點力不從心。從開始做課程設(shè)計那天起，腦海中天天想著同樣的問題，怎么去接線，怎么把電路弄得更簡單，怎樣別人才更容易看懂，完成后心里有種說不出的高興。這次課程設(shè)計之后，使我明白做任何事都要認(rèn)真仔細(xì)，不然的話你會花很多時間去完成，課程設(shè)計有利于提高我們的動手能力，能把我們所學(xué)的課本知識運用到實際生活中去，同時也豐富了我們的業(yè)余生活，提高了我們對知識的理解能力。提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計模具的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。課程設(shè)計這樣集體的任務(wù)光靠團隊里的一個人或幾個人是不可能完成好的，合作的原則就是要利益均沾，責(zé)任公擔(dān)。如果讓任務(wù)交給一個人，那樣既增加了他的壓力，也增大了完成任務(wù)的風(fēng)險，降低了工作的效率。所以在集體工作中，團結(jié)是必備因素，要團結(jié)就是要讓我們在合作的過程中：真誠，自然，微笑；說禮貌用語；不斤斤計較；多討論，少爭論，會諒解對方；對他人主動打招呼；會征求同學(xué)