智能交通燈控制器的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 2012年電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)說明書題目：7 智能交通燈控制器的設(shè)計(jì)（A） 學(xué)生姓名： 張鮮艷 學(xué) 號(hào)： 201006070407 院 （系）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 辛登科 2012 年 12 月 4日目 錄1 選題背景11.1指導(dǎo)思想11.2 方案論證11.3基本設(shè)計(jì)任務(wù)11.4發(fā)揮設(shè)計(jì)任務(wù)21.5電路特點(diǎn)22 電路設(shè)計(jì)22.1 總體方框圖22.2 工作原理23 各主要電路及部件工作原理33.1 555構(gòu)成多諧振蕩器33.2 74LS08 74LS32 74LS04 簡要說明33.3 CD4511 簡要說明44 74HC190 簡要說明55 元器件清單66 調(diào)試

2、過程及測試數(shù)據(jù)（或者仿真結(jié)果）66.1 通電前檢查66.2 通電檢查66.2.1 計(jì)數(shù)顯示單元調(diào)試66.2.2 發(fā)光二極管調(diào)試66.2.3 NE555單元電路的調(diào)試66.2.4 74HC32或門的調(diào)試76.2.5 74HC04非門的調(diào)試76.2.6 74HC08與門的調(diào)試76.2.7 控制器7490的調(diào)試76.3 結(jié)果分析77 小結(jié)88 設(shè)計(jì)體會(huì)及今后的改進(jìn)意見88.1 體會(huì)88.2 本方案特點(diǎn)及存在的問題88.3 改進(jìn)意見8參 考 文 獻(xiàn)91：選題背景在很多城市的主支干道處，傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈已不能滿足要求，設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通信號(hào)燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個(gè)入口處設(shè)置

3、紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮就允許通行，黃燈亮則停止行駛（給行駛中的車輛有時(shí)間停在禁行線以外），若檢測裝置檢測到支干道一定范圍內(nèi)沒有車輛，則主干道一只允許通行，否則主支干道紅綠燈交替運(yùn)行。1.1簡述本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想秒信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生整個(gè)定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)基脈沖，通過減法計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖減計(jì)數(shù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。減法計(jì)數(shù)器的借位脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換用以控制紅綠燈的狀態(tài)，同時(shí)給計(jì)數(shù)器置初始值。1.2:方案論證方案一：用NE555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)周期為1s的多諧振蕩器，輸出接到16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的CLK，0-8狀態(tài)對(duì)應(yīng)45秒，9狀態(tài)對(duì)應(yīng)5秒 ，A-E狀態(tài)對(duì)應(yīng)25秒，F(xiàn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)

4、5秒。方案二：用NE555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)周期為1s的多諧振蕩器，并用單時(shí)鐘同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS190設(shè)計(jì)45s、25s、5s倒計(jì)時(shí)。因?yàn)橹髦Ц傻罒袅恋那闆r有4種，可以用同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160的輸出來設(shè)計(jì)，同時(shí)將其輸出信號(hào)給3線-8線譯碼器74LS138的輸入端，主支干道的燈通過一定的邏輯關(guān)系接到三色燈上。選擇方案：方案一用16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端控制信號(hào)燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，雖然這種方案簡單可靠，可是這種方案不能直觀顯示當(dāng)前數(shù)字；雖然方案二電路復(fù)雜，連線多，給焊接和電路檢查帶來一定的難度，但其可以很準(zhǔn)確的現(xiàn)實(shí)數(shù)字。所以選擇方案二。13 基本設(shè)計(jì)任務(wù)（）用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號(hào)指示

5、燈。（2）讓主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時(shí)才允許通行。可用邏輯開關(guān)作主支干道檢測車輛是否到來的的信號(hào)。（3）主支干道交替允許通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（4）在每次由綠燈亮轉(zhuǎn)換到紅燈亮的過程中，要亮5秒鐘的黃燈作為過渡。（5）設(shè)置45秒、25秒計(jì)時(shí)、5秒計(jì)時(shí)顯示電路。14 發(fā)揮設(shè)計(jì)任務(wù)（1）可以用紅外線傳感器檢測在主干道綠燈倒計(jì)時(shí)為1s時(shí)支干道上是否有車來（2）在三色燈的地方用LED顯示一些祝福語或警示語。15電路特點(diǎn)交通信號(hào)控制系統(tǒng)用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，接線較為復(fù)雜2 電路設(shè)計(jì)2.1 總體方框圖主干道支干道狀態(tài)譯碼器74LS138秒脈沖發(fā)生器NE555狀態(tài)

6、控制器74LS160譯碼，顯示CD4511減法計(jì)數(shù)器74LS190置數(shù)控制圖2-1 總體方框圖2.2 工作原理將NE555S輸出的秒脈沖直接接到個(gè)位10進(jìn)制計(jì)數(shù)器的CLK，用兩片10進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)后就接到狀態(tài)控制器，控制器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)簡單的門電路來控制紅綠燈的狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)需要跳轉(zhuǎn)時(shí)減法計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的借位脈沖觸發(fā)狀態(tài)控制器以改變輸出狀態(tài)，同時(shí)借位脈沖信號(hào)接到計(jì)數(shù)器的置數(shù)端，進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，依次循環(huán)，若支干道沒有車輛通行時(shí)直接將計(jì)數(shù)器輸出清零即可，有車時(shí)清零信號(hào)無效。3 各主要電路及部件工作原理3.1 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路圖3-1NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路如圖所示，由555定時(shí)器和外接元件R1，R2，

7、C構(gòu)成多諧振蕩器。電容C在（1/3）Ucc和（2/3）Ucc之間充電和放電，波形如下圖：輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是：T=Tw1+Tw2，Tw1=(R1+R2)Cln2, Tw2=R2Cln2振蕩頻率： f=1/T占空比： q=Tw1/(Tw1Tw2)=(R1+R2/R1+2*R2)本次使用的是1HZ的秒脈沖，故選取R1=72K，R2=4.7K，選取電容分別為10F電解電容和10nF陶瓷電容。周期：T=1000*（72+2*4.7）*10*0.69/10uf1s3.2 74LS08、74LS32、74LS04簡要說明74LS08雙輸入四與門，管腳圖如附圖：真值表：74LS32雙輸入四或門，管腳圖如附圖

8、74ls32真值表A     B     00     0     00     1     11     0     11      1      174LS04非門，管腳圖如附圖真值表：3.3 C

9、D4511簡要說明該設(shè)計(jì)中選用的是七段數(shù)碼管如圖3-2所示，為共陰極的，用CD4511譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電路正常工作時(shí)，數(shù)碼管上會(huì)按照設(shè)計(jì)要求顯示路燈持續(xù)工作的時(shí)間與工作的次數(shù)。 3-2 半導(dǎo)體數(shù)碼管計(jì)數(shù)器用來產(chǎn)生十進(jìn)制計(jì)數(shù)，其輸出信號(hào)加在譯碼器輸入端，經(jīng)譯碼后可在輸出端產(chǎn)生所需的控制信號(hào)。本電路中譯碼驅(qū)動(dòng)器采用CD4511。CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：4 0 b0 S, T0 j/ 7 i具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511的內(nèi)部有上拉電

10、阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。 " Q9' h- |" 0 T# c其功能介紹如下： 2 Z9 r( H4 u%      BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。. & R/ A3 y!      LT：3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼

11、輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 : s7 M# B8 e$ $ B     a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。    CD4511具有鎖存、譯碼、消隱功能，通常以反相器作輸出級(jí)，通常用以驅(qū)動(dòng)LED。各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示A、B、C、D；5、4、3分別表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個(gè)引腳8、16分別表示的是VDD、VSS。CD4511引腳

12、圖如下： CD4511功能圖如下：輸 入 輸 出 LEBILIDCBAabcdefg顯示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111

13、100000000消隱 011111100000 0消隱 111XXXX鎖 存 鎖存 4 74HC190 簡要說明圖3-2 74HC190各引腳圖3-3 74HC190功能5 元器件清單所需器材器件名稱（N為民用）備注數(shù)量數(shù)碼管七段共陰極數(shù)碼管274LS160N同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器2CD4511譯碼器274LS90單時(shí)鐘同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器174LS1383線-8線譯碼器174LS04N非門174LS08N雙輸入與門274LS32雙輸入或門NE555八腳時(shí)基集成電路1電阻50K14.7 K122k1430622015電容103(10nF陶瓷電容)110F（電解電容）1開關(guān)單刀雙擲1L

14、ED發(fā)光二級(jí)管黃、綠、紅6銅座4其他銅柱，導(dǎo)線若干表格5-1（在表上面，5號(hào)字體）（表）居中字體5號(hào)6 調(diào)試過程及測試數(shù)據(jù)（或者仿真結(jié)果）為使電路便于調(diào)試我們采用分塊調(diào)試的方法。6.1 通電前檢查電路安裝完畢后，經(jīng)檢查電路各部分接線正確，電源、元器件之間無短路，器件無接錯(cuò)現(xiàn)象。6.2 通電檢查6.2.1按鈕開關(guān)的檢查首先將按鈕開關(guān)和其他電路模塊斷開，只留按鈕開關(guān)部分。其次，電路兩端接5伏直流電壓。理論上對(duì)于6.2.2 CD45111模塊的調(diào)試將CD4511模塊與按鈕開關(guān)之間的電路連接起來，.6.2.3 NE555單元電路的調(diào)試斷開其他單元，將3腳接到示波器的一端，示波器另一端接地，看輸出的波形

15、及周期。 6.2.4 74LS04非門的調(diào)試6.2.5 74LS32非門的調(diào)試6.2.7發(fā)光二極管的調(diào)試未接電源時(shí)，萬用表打到電阻檔上，紅表筆接發(fā)光二極管的一端，黑表筆接另一端，看其阻值，值為無窮大即“1”說明發(fā)光二極管的正負(fù)接反了，有有限的阻值說明紅表筆對(duì)應(yīng)的為發(fā)光二極管的正極。6.3 結(jié)果分析當(dāng)按鈕在主干道的綠燈亮到1S時(shí)按下，交通燈的指示不變，在下一次主干道的綠燈亮到1S時(shí)不按下按鈕，支干道綠燈亮，實(shí)物效果正確。7 小結(jié)：課設(shè)順利結(jié)束，基本設(shè)計(jì)任務(wù)可以完成，但還是有一點(diǎn)小問題需要改進(jìn)，在這個(gè)過程中自己收獲頗多，謝謝老師、同學(xué)的幫忙。8 設(shè)計(jì)體會(huì)及今后的改進(jìn)意見8.1 體會(huì)這次的課程設(shè)計(jì)我

16、學(xué)到了很多，無論學(xué)習(xí)、交際、生活都受益匪淺。首先是學(xué)習(xí)方面：大二時(shí)學(xué)的數(shù)電，那時(shí)候感覺自己掌握的還不錯(cuò)，各芯片的引腳功能及如何與其他芯片配合使用從而達(dá)到一定的效果，紙上談兵終覺淺啊，在課設(shè) 設(shè)計(jì)電路時(shí)，開始自認(rèn)為腦子里思路很清晰，交通燈的功能可以實(shí)現(xiàn)，殊不知自己差的好遠(yuǎn)，一個(gè)人的力量很微小，想法也是有限的，思路不開闊，發(fā)現(xiàn)互相交流才是學(xué)習(xí)、進(jìn)步之根本。在調(diào)試的時(shí)候遇到很多問題，比如74LS138在仿真是3腳可以不接地，但是在實(shí)物中如果3腳不接地發(fā)光二極管就沒有變化；74LS190的倆11腳要接到74LS160的2腳，這樣計(jì)數(shù)器才會(huì)正常工作最重要的是我養(yǎng)成了一種習(xí)慣：遇事不慌，發(fā)現(xiàn)問題所在處，用所學(xué)知識(shí)思考什么樣的錯(cuò)誤會(huì)發(fā)生這樣的效果，找出問題進(jìn)一步解決問題。其次是交際方面：自己是個(gè)易害羞的女生，不善于與人交流，喜歡獨(dú)處，經(jīng)課設(shè)后，自己進(jìn)步不少，同專業(yè)同學(xué)認(rèn)識(shí)了很多，而且和