電工電子技術(shù)課程設(shè)計-簡易交通信號燈控制器

1、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告 題 目 簡易交通信號燈控制器 學(xué)院（部） 汽車學(xué)院 專 業(yè) 物流工程 班 級 201422070118 學(xué)生姓名 商旭宗 學(xué) 號 201422070118 6 月 12 日至 6 月 19 日 共 1 周 指導(dǎo)教師（簽字） 一：主要技術(shù)指標和要求（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，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡；（3）分別用紅、黃、綠色發(fā)光二級管表示信號燈； （4）設(shè)計計時顯示電路。二：摘要在十字路口，交通信號燈發(fā)揮著重要的作用。本文要設(shè)計一個簡易交通信號燈控制器，實現(xiàn)主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒，每次由綠燈變?yōu)榧t燈時，

2、要有五秒黃燈作為過渡，并設(shè)計倒計時顯示電路。分別用紅黃色發(fā)光二極管表示信號燈。設(shè)計方案共分為四大模塊： 1，脈沖信號發(fā)生模塊.采用555秒脈沖發(fā)生器提供脈沖信號；2，計數(shù)器模塊.采用74LS290二五十進制計數(shù)器和74LS161型4位同步二進制計數(shù)器；3，組合邏輯電路模塊.利用74LS161的四個輸出端和門電路構(gòu)成組合邏輯電路來輸出相應(yīng)的高電平或低電平；4，負載；5，顯示電路模塊.利用相應(yīng)的定時器，譯碼電路，數(shù)碼管來實現(xiàn)主支干道上的倒計時顯示。在此模塊中顯示控制器根據(jù)當前信號燈的狀態(tài)，來控制定時器的工作狀態(tài)，再經(jīng)過譯碼，數(shù)碼管顯示來實現(xiàn)倒計時計數(shù)。三：總體設(shè)計方案論證及選擇 方案1：首先，利用

3、555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生1秒的脈沖，根據(jù)題目要求，選擇5s作為計數(shù)器的脈沖，完成一個循環(huán)共需要80秒，所以選擇16進制計數(shù)器，我選擇74LS161四位同步二進制計數(shù)器（要達到這個目的需要用一個五進制計數(shù)器把多諧振蕩器產(chǎn)生的1秒脈沖轉(zhuǎn)化為5秒脈沖）。利用74LS161四個輸出端輸出四位二進制數(shù)，在相應(yīng)的組合邏輯電路的控制下輸出高電平或低電平來實現(xiàn)發(fā)光二極管的亮滅。然后，主支道上各設(shè)計一個顯示電路，分別根據(jù)主，支干道上的信號燈狀態(tài)來控制定時器工作狀態(tài)，通過相應(yīng)的譯碼器和數(shù)碼管來達到相應(yīng)的要求。四：設(shè)計方案的原理框圖脈沖信號T=1S 五進制計數(shù)器顯示控制電路T=5s74LS161計數(shù)器 定時

4、電路 組合邏輯電路譯碼電路數(shù)碼管顯示信號燈負載簡要說明：電路的脈沖信號由CB555定時器組成的多諧振蕩器外接上合適的電容C和電阻R組成，可以產(chǎn)生T=1s的方波。經(jīng)過波形變化后輸入計數(shù)器74LS161，通過Q3Q2Q1Q0輸出二進制數(shù)。在組合邏輯電路的作用下分別在產(chǎn)生高低電平控制發(fā)光二極管的亮滅，實現(xiàn)信號燈的功能?？傮w電路圖 五: 單元電路設(shè)計1 脈沖信號發(fā)生電路 由555定時器組成的多諧振蕩器，也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，不需要外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。下圖是由CB555定時器組成的多諧振蕩器。R1，R2，和C是外接元件。多諧振蕩器電路圖 +UccR17 8 4 6 3CB5

5、552 1 52 1 R2u0ucC CB555定時器原理電路圖 接通電源Ucc以后，他經(jīng)過R1和R2對電容C充電，uc上升。當0<uc<Ucc/3時，觸發(fā)器置1，u0為高電平電壓（1）。當Ucc/3<uc<2Ucc/3時，觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，u0仍為高電平電壓（1）。當uc上升略高于2Ucc/3時，觸發(fā)器置0，u0為低電平電壓（0）。這時放電管Tp導(dǎo)通，電容C通過R2和Tp放電，uc下降。當uc下降略低于Ucc/3時，觸發(fā)器置1，u0又由低電平電壓（0）變?yōu)楦唠娖诫妷海?）。這時放電管Tp截止，Ucc又經(jīng)過R1和R2對電容C充電。如此重復(fù)上述過程，uo即為連續(xù)的矩形波

6、，其周期T=1秒。 電路參數(shù)確定：T=tp1+tp2=ln2(R1+2R2)C 要求T=1秒，選取R1=5K R2= 5K C=95uF;將R1=5K R2= 5K C=360uF接入電路，即可以得到T=1秒的矩形波。2 計數(shù)器電路1.將T=1秒的脈沖變?yōu)門=5秒的脈沖。利用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS290型異步二-五-十進制計數(shù)器來實現(xiàn)。74LS290 2-5-10進制計數(shù)器外引腳圖及邏輯符號圖如下：（a） 外引腳圖（b） 邏輯符號圖。CP1，CP0為CP輸入；S9a，S9b，RoA,RoB為異步置數(shù)端；Q3Q2Q1Q0為輸出端。這里需要用到其五進制的功能，只輸入計數(shù)脈沖CP1，有Q3Q2Q1

7、輸出，為五進制計數(shù)器。下圖為五進制計數(shù)器狀態(tài)分析及示意圖。計數(shù)順序計數(shù)器狀態(tài)CP1Q3 Q2 Q100 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 0 通過74LS290實現(xiàn)的波形變換，利用其輸出端Q3來得到T=5秒的矩形波。下圖為其波形圖：1234567CPQ32.將74LS290二五十進制計數(shù)器Q3端產(chǎn)生的脈沖加在74LS161型四位同步二進制計數(shù)器的CP端，實現(xiàn)計數(shù)功能。74LS161型四位同步二進制計數(shù)器邏輯符號圖 將Q3端的脈沖信號加在CP端，A3A2A1A0四個輸入端接地；EP,ET,LD,RD接高電平，其數(shù)據(jù)輸出端Q3Q2Q1Q0 就可以輸出0-15的二進制編

8、碼，實現(xiàn)計數(shù)功能。74LS161型四位同步二進制計數(shù)器引腳排列和功能表詳見附件。3 組合邏輯電路 a.根據(jù)設(shè)計要求可以得到如下的邏輯狀態(tài)表:(符號說明：G1，Y1，R1分別表示主干道上的綠燈，黃燈，紅燈；G2，Y2，R2分別表示支干道上的綠燈，黃燈，紅燈；其中1表示燈亮，0表示燈滅) 表一：主支干道上三種燈亮滅持續(xù)狀態(tài)表t(s)G1Y1R1G2Y2R2010000145010001500011007500101080100001表二：紅黃綠三種燈的邏輯狀態(tài)表CPQ3Q2Q1Q0G1Y1R1G2Y2R2O0000100001100011000012001010000130011100001401

9、001000015010110000160110100001701111000018100010000191001010001101010001100111011001100121100001100131101001100141110001100151111001010160000100001b.根據(jù)紅黃綠三種燈的邏輯狀態(tài)表寫出其邏輯表達式G1= Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 +Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 =Q3(Q2+Q1+Q0) Y1=Q3Q2Q1Q0G2=Q

10、3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0+ Q3Q2Q1Q0+ Q3Q2Q1Q0 = Q3Q2Q1+Q3Q2Q1+Q3Q2Q0Y2=Q3Q2Q1Q0R1=G2+Y2R2=G1+Y1c.根據(jù)邏輯表達式畫出邏輯圖R2 G1 Y1 Y2 G2 R1>=1 >=1 >=1 & & && & >=1111>=111Q3Q2Q1Q0d.組合邏輯電路的功能分析555定時器產(chǎn)生的方波經(jīng)過計數(shù)器以后在輸出端產(chǎn)生0000-1111的數(shù)字，每種狀態(tài)經(jīng)過組合邏輯電路后輸出相應(yīng)的結(jié)果，已達到預(yù)期目的。另外，經(jīng)分析可知，R2可由G1和

11、Y1用或門連接，R1可由G2和Y2用或門連接，這樣可以簡化電路。4 負載信號燈電路 邏輯門R 發(fā)光二極管 經(jīng)查閱相關(guān)資料，限流電阻R定為3K; 當邏輯門輸出為高電平時，發(fā)光二極管正向?qū)?，信號燈亮；當邏輯門輸出為低電平時，發(fā)光二極管截止，信號燈滅；從而實現(xiàn)了控制信號燈亮滅的功能。 *(5)計時顯示電路 第一:為了顯示主副車道的倒計通行時間，需要設(shè)計一個定時器，由于最小計時單位為秒，最大計時長度為50秒（主干道通行時間）。故計時電路的計時周期可選為一秒，可以利用CB555產(chǎn)生的周期為一秒的脈沖。定時器是一個最大模為50的減法計數(shù)器，同時也是一個可變模減法計數(shù)器。第二：輸出端還需要一個顯示譯碼電路

12、，為了減少輸出端數(shù)，輸出采用2支數(shù)碼管動態(tài)顯示通行時間。定時器是一個可變模減法計數(shù)器，其工作狀態(tài)有控制電路來控制。輸入信號主要有時鐘信號，同步裝載控制信號和預(yù)置值輸入。輸出信號主要有減法溢出信號zero和計數(shù)輸出信號Q。定時器的輸出Q經(jīng)選擇電路，譯碼電路和驅(qū)動電路后驅(qū)動兩只數(shù)碼管顯示車輛通行時間。設(shè)計思路如下圖：顯示控制電路主干道 支干道定時器定時器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器個位個位十位十位五：收獲與體會及存在的的問題1. 收獲與體會這是我在大學(xué)里第一次做課程設(shè)計，經(jīng)驗不足，所以剛開始的頭幾天感覺無從下手，不知所措。經(jīng)過與同學(xué)和老師的交流討論后，思路逐漸清晰。在網(wǎng)上查資料，查閱相關(guān)書籍也解決了我

13、不少困惑。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我對課本上的理論知識有了更深的了解，也了解了課本以外的很多知識，增強了把理論應(yīng)用與實際的能力，同時也提高了我對電工與電子技術(shù)這門課的興趣。這次課程設(shè)計，使我感受到了做學(xué)問一定要嚴謹，認真，一絲不茍，為我以后的學(xué)習(xí)生活也帶來了很大的啟發(fā)。2. 存在的問題與不足第一， 邏輯門電路部分電路結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜，例如G2燈用了四個門電路，顯得就很繁瑣。如果用JK觸發(fā)器代替一部分門電路，可以減少電子元件的使用個數(shù)，簡化電路，但同時也提高了造價第二， 對于題目中設(shè)計計時顯示電路的要求未能給出詳細滿意的設(shè)計方案，這是我思維不夠活躍，電工知識儲備不足造成的。由于能力有限，沒能做到面面俱到，其中肯定還有不足甚至錯誤之處，希望老師指正。 六：參考文獻 1.電工學(xué)下冊-電子技術(shù)，秦增煌主編，