簡易交通燈控制課程設(shè)計報告書

1、輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計題目簡易交通燈控制電路學(xué)生：馬杰專業(yè)班級：電氣工程14-02班學(xué)號：541401020228院（系）:電氣信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師：黃春完成時間：2016 年12月4日輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書題目 簡易交通燈控制電路專業(yè) 電氣工程14-02 學(xué)號 541401020228 馬 杰主要容、基本要求、主要參考資料等：主要容1. 閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。2. 學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。4.學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1. 要求控制一個十字路口的交通燈。2. 設(shè)定南北，東西向交通燈顯示時間一樣。3. 設(shè)定紅燈綠燈均顯示 30秒，紅燈綠

2、燈切換時黃燈顯示2秒。4. 要求紅黃綠燈用發(fā)光二極管表示，并且顯示出時間。主要參考資料1. 何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，大學(xué)， 2001年6月2. 福安，電子電路設(shè)計與實踐，科學(xué)技術(shù)，2001年10月3 .王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東南大學(xué)，1999年10月4 .銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)，2005年6月5. 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教， 2003完成期限：2016年12月04日指導(dǎo)教師簽章：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：2016年11月28日輕工業(yè)學(xué)院簡易交通燈控制電路摘要本論文主要闡述了交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中

3、國加入WTO我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說 “要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通 安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈也應(yīng)國際化。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理 部門需要解決的重要問題之一。 所以，如何采用合適的控制方法， 最大限度利用好耗 費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)的交通擁堵狀況， 越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 以下就交通燈控制系 統(tǒng)的電路原理、設(shè)計和實驗調(diào)試等問題來

4、進(jìn)行具體分析討論。關(guān)鍵詞 交通燈 計數(shù)器 秒脈沖 譯碼器 自動控制中文摘要 I一、對交通信號燈的控制 11. 1題目要求 1二、交通燈的組成 12. 1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 12. 2交通燈運行狀態(tài) 2三、單元電路的設(shè)計 43. 1秒脈沖發(fā)生器 43. 2定時器 53. 3控制器 73. 4譯碼器 93. 5交通信號燈 103. 6整個交通燈控制系統(tǒng)的布局 10四、PCB的制作 104. 1原理圖的繪制 104. 2 PCB的排線 10五、仿真過程與效果分析 105. 1電路試調(diào) 105. 2調(diào)試中注意的事項 105. 3通電后的測試 115. 4操作說明 11元器件清單 13總 結(jié) 14

5、參考文獻(xiàn) 15附錄一 16附錄二 17附錄三 18一、對交通信號燈的控制11 題目要求1. 信號燈收一個啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號系統(tǒng)開始工作，且先南 北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。2. 南北紅燈亮維持30s,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮并維持 30s。在東西綠 燈熄時，東西黃燈亮，并維持 2s，到2s時，東西黃燈滅，東西紅燈亮，同時 南北紅燈熄滅,南北綠燈亮。3. 東西紅燈亮維持30s，南北綠燈維持30s，然后南北黃燈亮，維持2s后熄滅。 這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。4. 周而復(fù)始。二、交通燈的組成21 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 2-1 所示。它主

6、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(biāo)準(zhǔn)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 30 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:表示黃燈亮的時間間隔為2秒。定時時間到，TY=1,否則，TY=QST: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)的定時圖2-1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖2. 2交通燈運行狀態(tài)兩方向車道的交

7、通燈的運行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以不考慮)，如圖2-2所示 OOOO狀態(tài)2支干道狀態(tài)0討支干道J綠燈亮oo狀態(tài)Z*1主干道4綠燈亮?xí)N OO狀志3#主干道心黃燈亮卩 OOoooooo圖2-2兩萬向車道的交通燈的運行狀態(tài)一般十字路口交通燈的控制系統(tǒng)的工作過程；(1) 如圖2-2狀態(tài)0所示，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）如圖2-2狀態(tài)1所示，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。

8、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）如圖2-2狀態(tài)2所示，甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。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）如圖2-2狀態(tài)3所示，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。 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 TS,系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)1。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由控制器進(jìn)行控制。 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

9、表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下 表2-3所示?？刂破鳡顟B(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0（ 00）甲綠，乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1 （01）甲黃，乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S2（ 11）甲紅，乙綠甲車道禁止通行，乙車道通行S3（ 10）甲紅，乙黃甲車禁止道通行，乙車道緩行表2-3控制器工作狀態(tài)及其功能控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：AG=1甲車道綠燈亮；BG=1乙車道綠燈亮；AY=1:甲車道黃燈亮；BY=1 :乙車道黃燈亮；AR=1甲車道紅燈亮；BR=1乙車道紅燈亮；由此得到交通燈的ASM圖，如圖2-4所示。設(shè)

10、控制器的初始狀態(tài)為 S0 （用狀態(tài)框表 示S0）,當(dāng)S0的持續(xù)時間小于30秒時，TL=0 （用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)SO的持續(xù)時間等于30秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 ST (用 條件輸出框表示ST)，并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂 ASMS所表達(dá)三、單元電路的設(shè)計3. 1秒脈沖發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器構(gòu)成多諧震蕩器，震蕩頻率為：f=1.43/(R1+2R2)C電路圖如圖3-1所示:圖3-1秒脈沖產(chǎn)生器3. 2定時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求 計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖

11、上升沿作用下，計數(shù)器從 零開始進(jìn)行增1計數(shù)，向控制器提供模2的定時信號TY和模30的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS163進(jìn)行設(shè)計較簡便。74LS163是4位二進(jìn)制同步計數(shù) 器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖 3-2和圖3-3所示，其功能表如表3-1所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入 端，是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CTp CTt是計 圖2-4交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進(jìn)位輸出端，DOD3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0-Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。 由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖3-4所示。圖3-274LS163的外引線排列

12、圖atcn1%LrLTLTLrLnjm rLruLn_rcr筈=Fdf1LJILrL甲 T3 14 IS D訃電K盜救1i'j圖3-3 74LS163時序波形圖表3-1 74LS163功能表g % QQj Q 9dQ3 Qa Qi Qnco Q3 Q Qi QoCTpCTp74L51C5374LS153CTp一cttCH A D DaDlDoUR a D? SD1D06輸A出CRLDCT*CPtCPDuD】Da6 Q*Qt0XXX1XXXX0D001uXXdoit旳<h<3odi曲dbJ1tItXXX.Xj0X1XXXXj1X0XXXKX保持圖3-4 定時器電路圖定時器仿真

13、電路如圖3-5圖3-5定時器仿真電路3. 3控制器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)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表 3、2所示。選用兩個D觸發(fā)器 FF1、FFO做為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為 TL和TY,當(dāng)控 制器處于Q1n+1QOn+豐00狀態(tài)時，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Q1 n+1Q0n+豐01狀態(tài)。這兩種情況與條件 TY無關(guān)，所以用無關(guān)項 "X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 ST。表3-2控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸A出現(xiàn)態(tài)伏態(tài)轉(zhuǎn)換信號QFT

14、iTyQ嚴(yán)Q嚴(yán)St000U00001£1101001001匹1111110疋110111&t0t100100101001根據(jù)表3-2可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q1n+1Q0n+1和ST 為1的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與， 其中"1"用原變量表示，"0"用反變 量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：Q 嚴(yán)GQiQo 巧 + Q i Q o 十匚sT= Q；取兀+ Q；Q4+Q,Q 粗 +Q；宓根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（Q1n Q0r）加到7

15、4LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖3-6所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路0Tv1Y丄V13 ST A.i Ao1 LCP&MJX2MIDtlTia1h¥II1ntL£3 ST Al. AOIa Al AOV1 工23 STTl.T耳MUXOX TALSIS?FF1Cs5TZrruJT圖3-5控制器邏輯圖3. 4譯碼器譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表3-3所示。表3-3控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表狀態(tài)AG AY

16、 ARBG BYBR1000000101010001001011000011101由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CP脈沖，一部分送給了定時器的 74LS163芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS163芯片的情況下，通過芯片 74LS00將會輸出TY、T/Y/ ； TL、T/L/、即TY和T/Y/放大 的結(jié)果是秒脈沖的2倍；TL和T/L/放大的結(jié)果是秒脈沖的30倍。前者輸出的信號是 后者的1/15。將定時器輸出的TY、T/Y/ ； TL、T/L/分別作用于控制器的芯片74LS153 中，在CP脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平?？刂破髦械男?/p>

17、號在送給由 芯片74LS00組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和100歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過LED小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。3. 5交通信號燈十二個發(fā)光二極管（注意二極管的極性）3. 6整個交通燈控制系統(tǒng)的布局見附錄三四、PCB的制作41 原理圖的繪制用 Altium Designer 完成原理圖的繪制。4. 2 PCB的布線見附錄一五、仿真過程與效果分析5. 1 電路試調(diào)電路連接完后，要進(jìn)行調(diào)試，以檢測是否達(dá)到要求。實踐表明，一個電子裝置， 即使按照設(shè)計的電路參數(shù)進(jìn)行安裝往往也難于達(dá)到預(yù)期效果。 這是因為人們在設(shè)計時， 不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問題， 必須

18、通過安裝后的測試和調(diào)整， 來發(fā)現(xiàn)和糾 正設(shè)計方案的不足。 然后采取措施加以改進(jìn)， 使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。 因此調(diào)整 電子電路的技能對從事電子技術(shù)及有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說， 是不應(yīng)缺少的。 調(diào)試的 常用儀器有：萬用表、示波器、信號發(fā)生器。5. 2 調(diào)試中注意的事項為了保證效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點：（ 1） 正確使用測量儀器的接地端（ 2） 測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。 因為，若 測量儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。（ 3） 儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點。（4）用同一臺測量儀進(jìn)行測

19、量進(jìn)， 測量點不同，儀器阻引起的誤差大小將不同。（ 5） 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，還要于記錄。記錄的容包括實驗條 件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實驗記錄并 與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計上的問題，完善設(shè)計方案。（ 6） 調(diào)試時出現(xiàn)故障， 要認(rèn)真查找故障原因， 切不可一遇故障解決不了的問題 就拆掉線路重新安裝。 因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題。 我們應(yīng)該認(rèn)真檢查 . 調(diào)試結(jié)果是否正確， 很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。 對于本交通燈來說， 只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象， 一般不需要調(diào)試， 直接進(jìn)行測量。 測試電路中線路是否接通 同上用萬用表

20、的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測的一組線的起始 線和末端線的兩端，看電阻是否為零，如果是零，則證明是通的；如果是無窮大，則 證明中間有線是短開的，則要一根一根的檢查該組的沒一根線，直到查出為止。5. 3通電后的測試(1) 測試電源用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源的電壓，看是否達(dá)到額定電壓(本產(chǎn)品為 +5V，如果不是，則換電源。(2) 測試芯片的電源輸入端同上用萬用表的直流電壓檔，測試芯片的接地端與接電源端的點呀，看是否達(dá)到 芯片的額定電壓(本產(chǎn)品所用的芯片都是 +5V)，如果不是，則檢查其線路是否接錯。 5. 4操作說明打開總開關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通

21、車時間設(shè)為30秒，打開總開關(guān)，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮，示波器，顯 示時間為30秒，然后東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈， 其余燈都不變。再過2秒后， 電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，南北方向車道的紅燈。南北東西時間(S)綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈100000250100014001100001010圖6-1交通燈校驗時間圖元器件清單元件名稱規(guī)格及作用數(shù)量NE555產(chǎn)生脈沖174LS163四位二進(jìn)制同步計數(shù)器274LS00二輸入與非門274LS10三輸入與非門174LS08二輸入與門174LS48譯碼器274LS153數(shù)據(jù)選擇器274LS74D觸發(fā)器1七段數(shù)碼顯示器共陰極2發(fā)光二