交通信號燈課程設(shè)計說明書

1、1.引言交通信號燈是交通信號中的重要組成部分，是道路交通的基本語言。交通信號燈由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行）、黃燈（表示警示）組成。道路交通信號燈是交通安全產(chǎn)品中的一個類別，是為了加強道路交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控制機控制，指導(dǎo)車輛和行人安全有序地通行。綠燈時準許通行信號紅燈信號是絕對禁止通行信號。紅燈亮?xí)r，禁止車輛通行。右轉(zhuǎn)彎車輛在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下，可以通行。 紅燈信號是帶有強制意義的禁行信號，遇此信號時，被禁行車輛須停在停止線以外，被禁行的行人須在人行道邊等候放行

2、；機動車等候放行時，不準熄火，不準開車門，各種車輛駕駛員不準離開車輛；自行車左轉(zhuǎn)彎不準推車從路口外邊繞行，直行不準用右轉(zhuǎn)彎方法繞行。 黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛，可以繼續(xù)通行。 黃燈信號的含義介于綠燈信號和紅燈信號之間，既有不準通行的一面，又有準許通行的一面。黃燈亮?xí)r，警告駕駛?cè)撕托腥送ㄐ袝r間已經(jīng)結(jié)束，馬上就要轉(zhuǎn)換為紅燈，應(yīng)將車停在停止線后面，行人也不要進入人行橫道。但車輛如因距離過近不便停車而越過停止線時，可以繼續(xù)通行。已在人行橫道內(nèi)的行人要視來車情況，或盡快通過，或原地不動，或退回原處。為持續(xù)閃爍的黃燈，提示車輛、行人通行時注意瞭望，確認安全后通 過。這種燈沒有控制交通先行和讓行的作用，

3、有的懸于路口上空，有的在交通信號燈夜間停止使用后僅用其中的黃燈加上閃光，以提醒車輛、行人注意前方是交叉路口，要謹慎行駛，認真觀望，安全通過。在閃光警告信號燈閃爍的路口，車輛、行人通行時，即要遵守確保安全的原則，同時還應(yīng)遵守沒有交通信號或交通標(biāo)志控制路口的通行規(guī)定。交通信號燈控制電路的設(shè)計涉及到模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)。其中，絕大部分是數(shù)字部分：邏輯門電路、數(shù)字邏輯表達式、計算真值表與邏輯函數(shù)間的關(guān)系、編碼器、計數(shù)器、譯碼器顯示等基本原理。交通信號燈控制電路的設(shè)計與制作不僅加深了對數(shù)字電路的了解，而且由于交通信號燈控制電路包括組合邏輯電路和時敘電路，進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的

4、原理與使用方法，為數(shù)字電路的制作提供思路。2.交通信號燈控制電路交通信號燈控制電路流程圖與整體電路框圖如下，電路由組合邏輯電路、系統(tǒng)電源、十二進制計數(shù)器、秒脈沖產(chǎn)生電路、四分頻器、工作方式控制開關(guān)、南北信號燈、東西信號燈組成。信號燈采用三極管9031驅(qū)動，其額定電流與額定電壓應(yīng)滿足三級管的驅(qū)動能力，電源電壓采用直流5v，通過變壓器將市電降壓到交流9v，在通過整流橋整流濾波和穩(wěn)壓塊7805得到直流5v電壓。直流穩(wěn)壓電源的任務(wù)是為整體電路提供直流電源。故穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓值和輸出電流值應(yīng)滿足整體電路的需要。南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮5t 南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮1t 南北方向紅燈亮，

5、東西方向綠燈亮5t 南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮1t圖2-1 信號燈白天點亮流程圖工作控制開關(guān)十二進制計數(shù)器組合邏輯電路東西信號燈南北信號燈 系統(tǒng)電源四分頻器秒脈沖產(chǎn)生器圖2-2整體電路框圖3.單元模塊3.1 直流穩(wěn)壓電源作為一個實際的應(yīng)用系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源是必不可少的。本次課設(shè)設(shè)計的交通信號燈控制電路需要使用穩(wěn)定的5v直流穩(wěn)壓電源來驅(qū)動各芯片使電路其正常工作。因此需要設(shè)計輸出為5v的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源包括變壓器降壓、二極管（或整流橋）整流、電容濾波、集成穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓四部分。圖3-1 仿真圖3.2 秒脈沖產(chǎn)生電路由于黃燈點亮?xí)r按秒閃動以及時間顯示按秒倒計時，所以需要設(shè)計秒脈沖產(chǎn)生電路。

6、秒脈沖產(chǎn)生電路實際就是一個多諧振蕩電路，它可以是用門電路和電阻、電容組成的多諧振蕩電路，也可以是用定時器555和電阻、電容組成的多諧振蕩器。為了電路簡單和調(diào)節(jié)振蕩周期方便，采用555定時器組成多諧振蕩器振蕩周期與頻率的計算公式：t=(r1+2r2)*c*ln2=0.7*（r1+2r2）*c電源電壓vcc=5v，其中電路圖中c2的作用是防止電磁干擾對振蕩電路的影響，一般選0.01uf的瓷片電容。再次要求輸出t=1s，選電容為c1=1uf，r1=360q千歐姆，根據(jù)振蕩周期計算，得r2=534千歐姆，選取元件之后，按電路原理圖連接電路。圖3-2 仿真圖3.3十二進制計數(shù)器由信號燈白天點亮流程圖可以

7、得知，任何方向的信號燈的一個工作循環(huán)為十二進制（綠、黃、紅時間比例為5：1：6），因此需要設(shè)計十二進制計數(shù)器，循環(huán)工作控制白天信號燈的點亮。因此，用移位寄存器組成十二進制計數(shù)器，擬選用8位串入并出移位寄存器74ls164圖3-3 仿真圖3.4分頻器電路上述十二進制計數(shù)器的時間單位為4秒，即它的cp脈沖為4秒。為了使整體電路工作步調(diào)一致，4秒脈沖應(yīng)該利用秒脈沖經(jīng)分頻獲得，這就需要設(shè)計一個4分頻器電路。秒脈沖經(jīng)4分頻后得到4秒脈沖，將其作為十二進制計數(shù)器的cp脈沖。本次課程設(shè)計使用兩個d觸發(fā)器組成4分頻器電路。圖3-4 仿真圖圖3-53.5 邏輯控制電路信號燈采用三極管9031驅(qū)動，其額定電流與額

8、定電壓應(yīng)滿足三級管的驅(qū)動能力，電源電壓采用直流5v，通過變壓器將市電降壓到交流9v，在通過整流橋整流濾波和穩(wěn)壓塊7805得到直流5v電壓。直流穩(wěn)壓電源的任務(wù)是為整體電路提供直流電源。故穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓值和輸出電流值應(yīng)滿足整體電路的需要。邏輯控制電路是本設(shè)計的核心電路，由它控制交通信號燈按要求方式點亮(一般經(jīng)驅(qū)動電路去控制信號燈)。根據(jù)白天信號燈的點亮要求，將時序邏輯電路的輸出作為組合邏輯電路的輸入，而組合邏輯電路的輸出給信號燈的驅(qū)動電路。夜晚工作方式也需要組合邏輯電路的功能以及秒脈沖通過與門實現(xiàn)。組合邏輯電路的真值表如圖所示計數(shù)器輸出 南北信號 東西信號qa qb qc qd qe qf

9、 nsg nsy nsr ewg ewy ewr0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 11 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 11 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 11 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 11 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 00 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 00 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 00 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 00 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0

10、0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1表3-1圖3-6 仿真圖4.交通信號燈控制電路的仿真與調(diào)試4.1 仿真軟件簡介ni multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證。憑借ni multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準spice模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級spice分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與ni labview和signalexpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。有如下特點：通過直觀的電路

11、圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計電路 ；通過交互式spice仿真, 迅速了解電路行為； 借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計特征 ；通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試 ；通過改進、整合設(shè)計流程, 減少建模錯誤并縮短研發(fā)時間。4.2 電路的仿真圖圖4-1 仿真圖4.3 交通控制燈的實現(xiàn)1. 交通控制燈的完整電路圖見仿真圖2. 交通控制燈的工作原理：接通直流電源之后，利用秒脈沖發(fā)生器輸出秒脈沖信號，經(jīng)過四分頻電路輸出4秒秒沖信號，通過十二進制計數(shù)器連接邏輯電路，從而實現(xiàn)交通信號燈的控制。4.4 調(diào)試方法1. 首先調(diào)試555定時器。用示波器觀察555定時器輸出波形，確定555定時器是否正常工作，振蕩周

12、期是否是1s。調(diào)節(jié)電位器r1，使555定時器產(chǎn)生周期為1s的方波信號。2. 調(diào)試四分頻器。用示波器觀察分頻器輸出波形，確定信號周期是否是4s。3. 整體調(diào)試。各部分電路連接起來，觀察交通控制燈是否正常工作。4.5調(diào)試中出現(xiàn)的問題、原因分析及解決方法秒位進位不正常，計數(shù)器與非門之間連接有誤，同時計算555定時器周期是否正確。信號燈不亮，檢查發(fā)現(xiàn)電路連接有問題，三極管沒有接地。接地后信號燈變亮。夜間模式黃燈不亮，檢查電路發(fā)現(xiàn)電源連接不正確，改正后夜間模式正常。5.總結(jié)通過本次課程設(shè)計,我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴謹,認真,善思的工作作風(fēng).我這課程設(shè)計由于我采用的是數(shù)字電路來實現(xiàn)的

13、,所以電路較復(fù)雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設(shè)計方法.時間很緊，這一周又在忙碌中過去了，經(jīng)過一周的數(shù)電課程設(shè)計，已能夠?qū)崿F(xiàn)電路的仿真與實物板的制作與調(diào)試，之間的巨大變化著實令人吃驚。但是這種進步來之不易，因為這期間我遇到了很多的困難，發(fā)現(xiàn)了很多的問題，正是在解決問題的期間我才慢慢地熟悉了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)知識，才慢慢學(xué)會了如何去按照給定的要求設(shè)計出合適的電路，作出電路的實物并對電路進行調(diào)試。本次課程設(shè)計主要是運用本學(xué)期所學(xué)到的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識來設(shè)計一個符合要求的交通信號控制電路，本次設(shè)計不僅要求我們要掌握數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)知識，還要求我們對交通信號控制電路的各

14、個組成部分的原理，包括振蕩器的原理、計數(shù)器的原理、直流電源都有深刻的理解和掌握，本次課程設(shè)計最重要的是要求我們能夠運用所學(xué)的知識將幾種單元電路組合起來，并且能夠根據(jù)給定性能指標(biāo)求解電路中的參數(shù)，最后在實踐方面還要求我們要有一定的動手能力，能夠根據(jù)電路圖買到我們所需的原件，繪制出仿真電路并調(diào)試。在課設(shè)過程中我遇到很多問題，原因有很多比如如何安裝軟件、調(diào)試過程中遇到的問題都不盡相同，但是通過問老師與同學(xué)交流都迎刃而解。在每次課設(shè)中，遇到問題最好的辦法就是請教別人，因為每個人掌握的情況都不一樣，一個人不可能做到處處都懂，必須發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情才能夠簡單化。在很多時候，我遇到的困難或許別人之前就遇到過，向他們請教遠比自己在那邊摸索來得簡單，來得快。雖然我現(xiàn)在已經(jīng)初步學(xué)會了如何設(shè)計符合要求的交通信號控制電路，但是離真正能夠利用已