簡(jiǎn)易模擬交通燈的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 簡(jiǎn)易模擬交通燈 班 級(jí)： 05電本（2）班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 目錄摘要關(guān)鍵詞一 設(shè)計(jì)目的二 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求三 設(shè)計(jì)原理和單元電路設(shè)計(jì) 1系統(tǒng)的邏輯功能及其原理框圖 2系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)四、儀器設(shè)備五、電路制作與調(diào)試 1、主要步驟與方法2用EWB工具仿真調(diào)試 3、電路板制作4、調(diào)試結(jié)果及分析六 心得體會(huì)七 參考文獻(xiàn)簡(jiǎn)易模擬交通燈摘要：交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車(chē)、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交

2、通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的主要問(wèn)題。本課程設(shè)計(jì)主要以數(shù)電課程設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易模擬交通燈。它主要由控制器、定時(shí)器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。以下就交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問(wèn)題來(lái)進(jìn)行具體分析討論。關(guān)鍵詞：交通控制、交通燈、時(shí)間發(fā)生器、555定時(shí)器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求有一條甲干道和一條乙干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口，甲干道為東西向，乙干

3、道為南北向。為確保車(chē)輛安全，迅速地通行，在交叉道口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅，綠，黃3色交通信號(hào)燈。1、設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車(chē)道和乙車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為15秒。2要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車(chē)道。 3黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次 。二、設(shè)計(jì)目的 1、根據(jù)要求，復(fù)習(xí)鞏固數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)。2、掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，特別是熟悉模塊化的設(shè)計(jì)思想。3、熟練掌握EWB、Protel工具的使用，并進(jìn)行仿真和畫(huà)圖。4、提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力；三、設(shè)計(jì)原理1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫(huà)出其框圖    交通燈

4、控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。秒脈沖發(fā)生器控制器定時(shí)器譯碼器甲車(chē)道信號(hào)燈乙車(chē)道信號(hào)燈紅綠黃紅綠黃TLTyST 圖1 交通燈控制系統(tǒng)原理框圖TL: 表示甲車(chē)道或乙車(chē)道綠燈亮的時(shí)間間隔為15秒，即車(chē)輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0     TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。

5、0;    ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開(kāi)始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)（1）圖甲車(chē)道綠燈亮，乙車(chē)道紅燈亮。表示甲車(chē)道上的車(chē)輛允許通行，乙車(chē)道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。  （2）甲車(chē)道黃燈亮，乙車(chē)道紅燈亮。表示甲車(chē)道上未過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛繼續(xù)通行，乙車(chē)道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。  （3）甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道黃燈亮。表示甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道上的車(chē)輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，

6、控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。  （4）甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道黃燈亮。表示甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道上位過(guò)縣停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。   （5）交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)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1所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車(chē)道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定：

7、60;控制狀態(tài) 信號(hào)燈狀態(tài) 車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)     S0（00） 甲綠，乙紅 甲車(chē)道通行，乙車(chē)道禁止通行     S1（01） 甲黃，乙紅 甲車(chē)道緩行，乙車(chē)道禁止通行     S3（11） 甲紅，乙綠 甲車(chē)道禁止通行，甲車(chē)道通行     S2（10） 甲紅，乙黃 甲車(chē)道禁止通行，甲車(chē)道緩行     G1：甲車(chē)道綠燈亮；  G2：乙車(chē)道綠燈亮；     Y1：甲車(chē)道黃燈亮；  Y2：乙車(chē)道黃燈亮；&#

8、160;  R1：甲車(chē)道紅燈亮；R2：乙車(chē)道紅燈亮；2單元電路的設(shè)計(jì)   （1）移位寄存器 在脈沖的作用下進(jìn)行移位。74LS164八位串行入/并行輸出，其引腳圖及功能如下： 輸入輸出清零時(shí)鐘A BQa Qb QhL×× ×L LLHL× ×Qao QboQhoHH HH QanQgnH L ×L QanQgnH× LL QanQgn （2）秒脈沖發(fā)生器模塊時(shí)鐘發(fā)生器電路由一片74LS164、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路和幾個(gè)門(mén)電路構(gòu)成，時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用一片555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，設(shè)計(jì)脈沖周期

9、為1s。 圖2 555EWB仿真圖 555多諧振蕩器 實(shí)際中將48.5電阻用47電阻和2電位器替換其仿真波形圖如下：從仿真圖中可看出T=1.012s，這與要求T=1s相符合。 （3）交通燈控制及驅(qū)動(dòng)模塊控制器原理：控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換選用一個(gè)雙D觸發(fā)器74LS74（上升沿觸發(fā)有效）做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為T(mén)L和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1=00狀態(tài)時(shí)，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1=01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無(wú)關(guān)，所以用無(wú)關(guān)項(xiàng)“X”表示。其余情況依次類(lèi)推

10、。D觸發(fā)器的作用是在非常繁忙時(shí)，對(duì)紅綠燈的轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制。 （a） 引腳圖 （b）功能表四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1集成電路芯片：74LS74 *1片，74LS164 *1片，74LS04 *1片，74LS32* 1片， 74LS08 *3片，NE555 *1片2 電阻 10K 1只，47K 2只，2K 1只（滑動(dòng)變阻器）3 電容 10uf 1只4 發(fā)光二極管 6只 五、電路制作與調(diào)試 1 主要步驟與方法（1）設(shè)計(jì)、組裝寄存器電路，其輸出接甲、乙車(chē)道上的6只信號(hào)燈（實(shí)驗(yàn)時(shí)用發(fā)光二極管代替），驗(yàn)證電路的邏輯功能。（2）設(shè)計(jì)、組裝秒脈沖產(chǎn)生電路。 （3）組裝、調(diào)試定時(shí)電路。（4）組裝、調(diào)試控制器電路。（5）完

11、成交通燈控制電路的聯(lián)調(diào)，并測(cè)試其功能。2、用EWB工具仿真調(diào)試 。 （仿真電路見(jiàn)附頁(yè)一）仿真結(jié)果分析：甲干道綠燈亮?xí)r，乙干道紅燈亮，反之亦然，兩者交替允許通行，甲干道每次放行15s，乙干道每次放行15s。每次由綠燈變?yōu)榧t燈的過(guò)程中，亮光的黃燈作為過(guò)渡，亮5s，此時(shí)相應(yīng)干道紅燈保持不變，。計(jì)數(shù)器由初始狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮?？梢?jiàn)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了交通燈控制電路的設(shè)計(jì)要求。3、電路板制作在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中當(dāng)仿真成功后，采用Protel DXP工具畫(huà)電路原理圖及PCB圖。 （設(shè)計(jì)電路圖見(jiàn)附頁(yè)二）經(jīng)檢查無(wú)誤后，進(jìn)行制板。過(guò)程如下：（1）設(shè)計(jì)PCB電路EWB仿真成功后，根據(jù)EWB仿真圖在Protel

12、DXP上畫(huà)原理圖，在這一過(guò)程中的主要任務(wù)就是要確保EWB仿真圖正確無(wú)誤的畫(huà)在Protel DXP上。難點(diǎn)在于所有的門(mén)電路都用芯片來(lái)取代。在正確畫(huà)好原理圖后，對(duì)其中的所有元件選取正確的封裝，然后導(dǎo)入到PCB制圖的界面。然后采取自動(dòng)布線(xiàn)。由于本次設(shè)計(jì)使用了比較多的門(mén)電路，而象74LS04、74LS08、74LS32等芯片都是多個(gè)門(mén)電路集成在一起，所以飛線(xiàn)比較多，幾次自動(dòng)布線(xiàn)的結(jié)果都不太理想，最后決定用手動(dòng)布線(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)做了兩快板，第一快板由于沒(méi)考慮尺寸問(wèn)題，4、調(diào)試結(jié)果及分析 調(diào)試過(guò)程中，將555定時(shí)器的3輸出端接入示波器，可觀察到如下脈沖波形： T=1s調(diào)試結(jié)果如下： 狀態(tài)甲干道乙干道時(shí)間1綠燈

13、亮紅燈亮15s2黃燈亮紅燈亮5s3紅燈亮綠燈亮15s4紅燈亮黃燈亮5s 由于在555輸出端增加了一個(gè)發(fā)光二極管，現(xiàn)象會(huì)更加明顯。六 心得體會(huì)數(shù)電課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。選題過(guò)程：經(jīng)過(guò)充份的思考和考慮我們的學(xué)習(xí)情況以及個(gè)人興趣等等，我們選定了“簡(jiǎn)易模擬交通燈電路”這個(gè)題目。因?yàn)檫@與實(shí)際相聯(lián)系，相信這是個(gè)有意思的題目。學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，增加我對(duì)電子設(shè)計(jì)的了解以及對(duì)一些電子元件的應(yīng)用，以及讓我學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字電路這方面知識(shí)。在EWB仿真過(guò)程中，我進(jìn)行得有些慢，碰到了一些問(wèn)題，仿真沒(méi)有波

14、形輸出，電阻、電容值沒(méi)有設(shè)定好，對(duì)示波器的使用不夠熟練。后經(jīng)查找一些相關(guān)教材，資料，相應(yīng)軟件，找全了和本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問(wèn)題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在EWB仿真環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線(xiàn)與仿真，及時(shí)檢查元器件的使用、放置、連線(xiàn)是否有錯(cuò)誤。根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。在仿真時(shí)我們加了數(shù)碼顯示用來(lái)測(cè)試時(shí)間，但在實(shí)際過(guò)程中由于時(shí)間不足和自己能力的不足，我們沒(méi)做數(shù)碼顯示這部分電路，在調(diào)試中使用電子秒表來(lái)計(jì)時(shí)，會(huì)存在一些誤差。根據(jù)仿真圖用Protel DXP軟件畫(huà)出電路原理圖，這對(duì)于我來(lái)說(shuō)只要仔細(xì)就可以輕松正確地完成?？傊?，這次實(shí)訓(xùn)基本上可以說(shuō)是順利完成。在短短的一個(gè)星期里，我從中學(xué)到了很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，加強(qiáng)了我們對(duì)電路的分析能力和操作能力，對(duì)于我們認(rèn)識(shí)掌握各種操作技巧具有很大的幫助