《交通燈控制電路設計與制作》課程設計說明書

1、交通燈控制電路設計與制作課程設計說明書交通燈控制電路設計與制作1. 設計意義及要求1.1設計意義隨著社會的發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，城市交通成為制約城市發(fā)展的一大因素。大量的信號燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，多值化方向發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，本電路也正是基于實際應用的基礎(chǔ)之上抽象出來的，僅是對實際應用的模擬。1.2設計要求1.設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設為25秒2.要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道 3.黃燈亮時，要求每秒鐘閃亮一次 4.提出至少兩種設計

2、方案，并優(yōu)選方案進行具體設計5.撰寫符合學校要求的課程設計說明書2方案設計分析2.1 方案設計2.1.1方案一結(jié)構(gòu)框圖自動手動時基電路時序控制時間顯示東西方向時間顯示南北方向圖2-1-1方案一結(jié)構(gòu)框圖原理說明：根據(jù)實驗要求，交通燈按照時間設定變換工作狀態(tài)，其中黃燈為閃爍發(fā)光。1.時基電路：選用ne555定時器組成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生所需頻率的脈沖。2.計數(shù)譯碼顯示電路：選用可置數(shù)的8421bcd 碼十進制計數(shù)器，這里選用74ls192，另加74ls48譯碼器及共陰極led數(shù)碼管。3.時序控制電路：采用移位寄存器74ls164，接成扭環(huán)形計數(shù)器。4.分頻電路：利用74ls74對秒脈沖進行分頻，即

3、可得到單位時間脈沖，控制各燈亮的時間。原理圖：圖2-1-2 方案一proteus仿真圖2.1.2方案二結(jié)構(gòu)框圖：秒脈沖產(chǎn)生電路定時器控制器譯碼器tltyst圖2-1-3 方案二結(jié)構(gòu)框圖原理說明：交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如上圖所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，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，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： tl: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，tl=1，否則，tl=0。ty：表示黃燈亮的

4、時間間隔為5秒。定時時間到，ty=1，否則，ty=0。st：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。（可以加上數(shù)碼管顯示電路）1.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，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔tl時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號st，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。2.甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲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ty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.甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時

5、間間隔tl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.甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣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ty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)。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用s0、s1、s3、s2表示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。原理圖：圖2-1-4 方案二proteus仿真圖2.2 方案比較與選擇方案一與方案二都可以完成設計要求，并且通過仿真都是可行的。第一種方案是書上介紹的，原理容易理解，第二種是通過查

6、閱圖書館資料以及上網(wǎng)搜索相關(guān)信息然后自己動手連成的。兩種方案均可用譯碼器連接數(shù)碼管組成譯碼顯示電路，在紅綠燈顯示的同時顯示剩余時間。方案一使用十進制計數(shù)，方案二通過二進制控制。若在方案二上加上數(shù)碼管顯示則需再加74ls48譯碼器，稍顯繁瑣。盡管方案一與方案二都有不足，而且在現(xiàn)實生產(chǎn)中可能都會遇到困難，但綜合多個方面考慮決定采用方案一。3單元電路設計3.1脈沖輸出電路圖3-1-1 脈沖輸出電路proteus仿真圖555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。由555定時器組成的cp脈沖電路，產(chǎn)生頻率為1hz的脈沖信

7、號控制計數(shù)器工作。參數(shù)選擇如下：r1=68k，r2=15k,，c=10uf輸出信號的時間參數(shù)是： t=0.7（r1+r2）c=0.7r2c其中，為vc由上升到所需的時間，為電容c放電所需的時間。3.2計數(shù)譯碼顯示電路圖3-2-1 計數(shù)譯碼顯示電路proteus仿真圖由功能要求可知，需選用可予置數(shù)的可逆8421bcd碼十進制計數(shù)器，這里選用74ls192，通過74ls48譯碼器及共陰極led數(shù)碼管。3.3分頻電路圖3-3-1 分頻電路proteus仿真圖十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮時間比例分別為5:1:6所以若選4秒為一時間單位，則計數(shù)器每四秒輸出一個脈沖。這里選用74ls74組成。3.4時

8、序控制電路圖3-4-1 時序控制電路proteus仿真圖由74ls164組成扭環(huán)形計數(shù)器，對單位時間t進行計數(shù)，經(jīng)反相器組成的譯碼器輸出，分別控制東西、南北各燈，其中黃燈為閃爍亮。各方向各燈的控制信號是由計數(shù)器輸出q0q7取值關(guān)系的真值表（設燈亮為1，否則為0），求出簡化以后的邏輯表達式，用譯碼器或者門電路實現(xiàn)。顯示時間的控制信號，由南北方向的黃燈控制信號控制東西方向的綠燈時間計數(shù)器，東西方向的黃燈信號控制南北方向的綠燈時間計數(shù)器。3.5自動與手動控制電路圖3-5-1 自動與手動控制電路proteus仿真圖由與非門組成的基本rs觸發(fā)器（又稱抖動開關(guān)）作為手動開關(guān)信號，主要是便于電路調(diào)試。自動控

9、制由秒信號產(chǎn)生電路（555組成）的輸出經(jīng)四分頻形成單位時間t。若改變t，只需改變分頻級數(shù)。若時間要求精確，可用晶體振蕩器加以分頻而得到秒信號。4調(diào)試與檢測4.1調(diào)試由于電子電路設計要考慮很多因素，加之元器件性能的分散，以及許多人為因素的影響，一個組裝好的電子電路不可能不經(jīng)過調(diào)試即可滿足要求。任何電子電路都必須經(jīng)過認真細致的調(diào)試，才能獲得滿意的性能要求。在這個過程中用的最重要的儀器就是萬用表。4.1.1調(diào)試方法電子電路調(diào)試方法有兩種：分塊調(diào)試和整體調(diào)試(1) 分塊調(diào)試法分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成幾個模塊，對每個模塊分別進行調(diào)試。模塊調(diào)試的順序最好按信號的流向，一塊一塊進行，逐步擴大調(diào)試范圍，

10、最后完成總調(diào)。實施分塊調(diào)試有兩種方法一種邊安裝邊調(diào)試；另一種是總體電路一次組裝完畢后再分塊調(diào)試。分塊調(diào)試的優(yōu)點：問題出現(xiàn)范圍小，可及時發(fā)現(xiàn)，易于解決。(2) 整體調(diào)試 此種方法是把整個電路組裝完畢后，不進行分塊調(diào)試，實行一次性總調(diào)。4.1.2調(diào)試步驟（1）檢查電路對照電路圖認真檢查電路，首先查看電源是否接錯或與地短接，然后檢查各芯片是否安裝牢固，最后對照電路圖認真查看各芯片的管腳是否接錯、漏接或出現(xiàn)多接線的現(xiàn)象。（2）接通電源觀察在做好第一步的基礎(chǔ)上進行下一步。接通電源，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即關(guān)閉電源，按第一步重新檢查電路對出現(xiàn)事故的電路部分進行著重的檢查，直至發(fā)現(xiàn)并排除錯誤。（3）工作開關(guān)斷開

11、的情況下的調(diào)試 當?shù)诙酵瓿珊?，在斷開開關(guān)的情況下用一個發(fā)光二極管檢測脈沖信號的輸出，各芯片的初始輸出是否正確，如果存在問題，查找出原因并解決。（4）工作開關(guān)閉合的情況下的調(diào)試閉合工作開關(guān)，觀察顯示結(jié)果是否正確，如果存在問題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結(jié)束后觀察調(diào)試后的結(jié)果是否符合設計要求。4.1.3調(diào)試后的結(jié)果各部分電路正常的工作。打開電源開關(guān)，各信號燈按設定規(guī)律發(fā)光，數(shù)碼管顯示數(shù)字，并且時間基本顯示正確。4.1.4調(diào)試中的故障及解決辦法由于電路中的芯片、插線、面包板的質(zhì)量、接觸等都存在一定的問題，故調(diào)試中出現(xiàn)問題是不可避免的。調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)以下問題：1. 數(shù)碼管顯示數(shù)字，但固定不變，不能測量。原因是7

12、4ls192的管腳接錯。我們重新安裝了計時電路。2. 數(shù)碼管經(jīng)常顯示異常，某一段不顯示或整個不亮，經(jīng)過萬用表檢查，接線并沒有錯處，不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)如果不小心碰到哪根線數(shù)碼管會再次恢復正常，更換相應導線并確定數(shù)碼管接觸良好后再次打開電源，則數(shù)碼管顯示正常。3. 信號燈閃爍時間不對，時間過長或過短。原因是555計時器電路中電阻接錯了，我們重接以后，電路正常工作。4.2檢測接通電源，看信號燈的閃爍情況及數(shù)碼管顯示情況，根據(jù)所出現(xiàn)的異常，每根導線的檢測，再將相關(guān)的芯片檢測。結(jié)束語通過本次課程設計學習交通燈電路的設計與制作，讓我有很多感受和體會，深切的感受到了電子技術(shù)在日常生活中的廣泛應用，更加理解理論聯(lián)系

13、實際的意義，為以后的工作、學習奠定了基礎(chǔ)。本次課程設計中主要還是通過查閱課本、圖書館相關(guān)資料并上網(wǎng)查有關(guān)芯片的引腳圖才得以順利完成。雖然設計出了電路，通過proteus仿真成功，但還是有許多的不足之處。比如數(shù)碼管顯示電路可以再簡化一些，只用兩個數(shù)碼管即可模擬，從而節(jié)省開支。設計過程中不僅要參考書本上知識，還要有些自己的東西加進去，由于本次是分組完成的，可以在小組內(nèi)討論，集思廣益，收集好的建議完成作品，更體會到了群體的力量。設計出電路以后可以考慮從另一個方面著手再設計一個方案，看可行性如何，盡可能的將各種方案的優(yōu)點集中到一個方案上來。完成了本次課程設計，有種如釋重負的感覺，同時也感到一點點自豪，

14、可以用學到的知識完成一個看似平常但卻包含很多知識的器件，大大提高了學習電子技術(shù)的積極性。這不僅僅是個人的成功，也是我們小組的成功，大家的功勞，享受到了團隊精神帶來的快樂。以后的學習生活中，大家更要相互幫助、學習，集思才能廣益，才能創(chuàng)作出好的作品。希望以后會有更多的讓自己動手實踐的機會來提高自己的實踐能力。同時，在平時要要求自己多看書，多查閱相關(guān)資料，完備自己的知識體系，相信在以后的實踐活動中會做出更好的作品。參考文獻1 康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）.北京：高等教育出版，2006.12祁存榮，吳友宇.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字電子技術(shù)部分）.武漢理工大學出版社3羅中華.數(shù)字電路與

15、邏輯設計教程.北京：電子工業(yè)出版社，2006.44劉涳.電氣及自動化專業(yè)畢業(yè)設計寶典.西安：西安電子科技大學出版社，2008.35盧結(jié)成，陳力生.電子電路實驗及應用課題設計.合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，2002.36郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實驗及課題設計.北京：高等教育出版社，1995.8附錄1 元器件明細表附表1 元器件明細表元件名稱代號數(shù)值單位個數(shù)計數(shù)器74ls1924數(shù)據(jù)譯碼器74ls484d觸發(fā)器74ls742移位寄存器74ls1641555定時器5551與非門74ls001非門74ls041與門74ls082二極管led6電容c10.01uf1c210uf1電阻r110千歐3r215千

16、歐1r368千歐1單刀雙擲開關(guān)sw-spdt1單刀單置開關(guān)switch1數(shù)碼管blue4附錄2 芯片引腳圖及功能表資料74ls192引腳圖及功能表資料附圖1 74ls192引腳圖gndp1vcc74ls19212345671615141312111089q1q0cpdcpuq2q3p2y3mrp0附表2 74ls192功能表輸入輸出mrcpucpdp3p2p1p0q3q2q1q11000000dcbadcba011加計數(shù)011減計數(shù)74ls04引腳圖及功能表資料74ls04是帶有6個非門的芯片，常用在各種功能的數(shù)字電路系統(tǒng)中，功能實現(xiàn)非轉(zhuǎn)化，引腳功能圖詳見下圖: 附圖2 74ls04引腳圖gn

17、d2y3y3a2a1y1a6avcc5a6y4y4a5y74ls041234567141312111098附表3 74ls04功能表inputsoutputsayhllh74ls48引腳圖及功能表資料附圖3 74ls引腳圖附表4 74ls48功能表decimal or funtioninputs/outputsnotedcbaabcdefg0hllllhhhhhhhl11hlllhhlhhllll2hllhlhhhlhhlh3hllhhhhhhhllh4hlhllhlhhllhh5hlhlhhhlhhlhh6hlhhlhllhhhhh7hlhhhhhhhllll8hhlllhhhhhhhh9h

18、hllhhhhhllhh110hhlhlhlllhhlh11hhlhhhllhhllh12hhhllhlhlllhh13hhhlhhhllhlhh14hhhhlhlllhhhh15hhhhhhlllllllbillllllll2rbihlllllllllllll3ltlhhhhhhhh4rddqqcpsd附圖4 74ls74引腳圖1rdvcc74ls7412345671413121110981d1cp1sd1q1qgnd2sd2q2q2cp2d2rd74ls74引腳圖及功能表資料附表5 74ls74功能表輸 入輸 出cpd0110100100不定不定1111011001附圖5 74ls164引

19、腳圖gndqbqdqcqabaqhvccqfqgclkqe74ls164123456714131211109874ls164引腳圖及功能表資料附表6 74ls164功能表inputsoutputsclockabqaqbqcqdqeqfqgqhlxllllllllhlqa0qb0qc0qd0qe0qf0qg0qh0hhhhqanqbnqcnqdnqenqfnqgnhllqanqbnqcnqdnqenqfnqgnhllqanqbnqcnqdnqenqfnqgn555引腳圖及功能表資料工作電壓范圍4.5v18v（se555）、4.5v16v（ne555/se555c）；最大工作頻率500khz；延遲

20、時間可從數(shù)微秒至數(shù)小時范圍內(nèi)設定；m51848工作電壓為4v7v，最高工作頻率為1000khz，該電路為單列直插式8腳，管腳定義同雙列直插式8引腳。同se555、pc617、pc1555c、an1555、m51848、m518a555、lm1555c、rc555、ca555、ha7555、njm555、ta7555、lb85550兼容。q24rd3ne5551gndc0nthdiss附圖6 ne555引腳圖5vcc678tl 附表7 ne555功能表utrutlrdoutvt2/3 ucc1/3 ucc1/3 ucc1/3 ucc011100不變1導通導通不變截止附圖7 74ls00引腳圖gn

21、d2a 2y2b1y1b1a4bvcc4y4a3y3a3b74ls00123456714131211109874ls00引腳圖及功能表資料附表8 74ls00功能表inputsoutputsabyllhlhhhlhhhl附圖8 74ls08引腳圖gnd2a 2y2b1y1b1a4bvcc4y4a3y3a3b74ls08123456714131211109874ls08引腳圖資料附表9 74ls08功能表inputsoutputsabyllllhlhllhhhut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3

22、bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn

23、7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfs

24、ubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmovdsjqctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzplhtrr2xgqn13hqy59zu1gegdyqnihntavsieuefqcyfucjwd3vk5i7ykmhundmiz ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5n