交通控制系統(tǒng)電子課程設(shè)計(jì)

1、2總體方案設(shè)計(jì)方案一：通過單片機(jī)編寫程序，控制十字路口的交通信號燈。（具體流程圖見下圖）方案二：主要器件用計(jì)數(shù)器74HC192,編碼器CD4532,數(shù)碼管，555定時(shí)器，鎖存器74HC373,以及邏輯門器件構(gòu)建電路圖。（具體流程圖如下）方案三:主要器件用計(jì)數(shù)器74HC192,編碼器 CD4532 ,數(shù)碼管，運(yùn)算放大器，74HC373 ,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121,555定時(shí)器，邏輯門器件構(gòu)建電路圖。（具體流程圖如下）算大組方發(fā)器 運(yùn)放器成波生74HC 192 減計(jì) 數(shù)器CD45 32編 碼器數(shù)碼 管D觸 發(fā)器邏輯 門發(fā)光二 極管方案比較：方案一電路圖比較簡單，實(shí)現(xiàn)功能只需要將單片機(jī)程序編

2、寫完成即可實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的控 制，但是本次設(shè)計(jì)要求必須用數(shù)字電路和模擬電路的知識，所以該方案雖然簡單， 但是不可取。方案二主要運(yùn)用了數(shù)字電路的知識， 雖然電路結(jié)構(gòu)比單片機(jī)編程的電路復(fù)雜， 但是該電 路運(yùn)用了電子技術(shù)的相關(guān)知識， 構(gòu)成了中規(guī)模的電路，功能的實(shí)現(xiàn)滿足規(guī)定要求。但是有一 點(diǎn)不足，沒有充分的把數(shù)字電路和模擬電路的相關(guān)知識聯(lián)系起來。方案三電路大體上與方案二沒多大區(qū)別，只是通過模擬電路所學(xué)的知識，用運(yùn)算放大器產(chǎn)生矩形脈沖波，產(chǎn)生連續(xù)脈沖，代替原本的555組成的多協(xié)振蕩器，此外單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器選 擇了 555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121 ,更多的將已經(jīng)學(xué)了的知識聯(lián)系起來，使得

3、電路圖更加簡化，內(nèi)容更加豐富，與前兩種方案相比較，方案三更適合本次設(shè)計(jì)， 因此選擇方案三作為設(shè)計(jì)方案。3單元模塊設(shè)計(jì)3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)1.方波產(chǎn)生電路RF 1 200k振蕩周期T 2RfC電路在遲滯比較器的基礎(chǔ)上增加了 振蕩產(chǎn)生脈沖波。2.計(jì)數(shù)器與數(shù)碼管連接Rf,C組成的積分電路，通過R,CU1 史14 GND11111015方波發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)脈沖以后，將產(chǎn)生的信號 并且驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。3.編碼電路輸入計(jì)數(shù)器74HC194,4532用編碼器對從計(jì)數(shù)器中出來的信號進(jìn)行編碼，輸入到下一個(gè)單元中4.發(fā)光二極管顯示電路通過與非門等邏輯器件的連接，使得紅黃綠燈亮的時(shí)序達(dá)到要求 5.555

4、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路通過555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對輸入進(jìn)入發(fā)光二極管的信號進(jìn)行處理 和控制。6.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121電路用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制特殊情況時(shí)主支干道的紅綠燈情況。7.輸出鎖存74HC373電路實(shí)現(xiàn)功能：將編碼器產(chǎn)生的信號鎖存輸入到下一個(gè)電路模塊中8.鎖存器置數(shù)74HC373電路LEB-6 6 4 -8 J- -1 -u 1 1口口 口口D7D705比NP03D30；D2QIDIQODJ實(shí)現(xiàn)功能：將鎖存信號輸入計(jì)數(shù)器，對計(jì)數(shù)器進(jìn)行置數(shù)3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇1.元器件的選擇計(jì)數(shù)器定時(shí)器鎖存器編（端觸發(fā)器7419255574HC373CD453274LS121其他的器件

5、有：與門74LS08,與非門74LS0Q反相器74LS04, 運(yùn)算放大器741, 4輸入的與門4072,繼電器，電阻，電容，數(shù) 碼管，發(fā)光二極管。2 .電路參數(shù)計(jì)算方波發(fā)生電路的振蕩周期T 2RfC 1s單穩(wěn)態(tài)電路穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間T 1.1RC 5s數(shù)碼管顯示數(shù)字的大?。鹤筮叺闹苯语@示0到9;右邊的一片通過輸出信號由觸發(fā)器的輸出端接到鎖存器的輸出三態(tài)門使能端， 控制其顯示為0到3。3 .特殊器件介紹繼電器:當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)， 在電氣輸出電路中使被控量 發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。繼電器是一種器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱 輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通

6、常應(yīng)用于自動(dòng) 化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種自動(dòng)開關(guān)故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121 : 一種不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，內(nèi)部電路由觸發(fā)信號控制電路，微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和輸出緩沖電路組成。555定時(shí)器：555定時(shí)器是一種集模擬，數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用 極為廣泛，不僅用在信號的變換和產(chǎn)生，還常用于電路的控制和檢測中。常用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器，多謝振蕩器等。3.4各單元模塊的聯(lián)接電路圖：*4系統(tǒng)調(diào)試1 .方波發(fā)生器產(chǎn)生的波形:在理論上運(yùn)用運(yùn)放能產(chǎn)生需要的波形，但是實(shí)際中制作多謝振蕩器時(shí)很 難

7、起振，這與環(huán)境中的干擾有很大區(qū)別，雖然仿真出來的電路很完美， 但是實(shí)際操作中還是有很大的困難。2 .集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CXQQRX/CXRlNTAlA2 B-4黃燈亮的時(shí)間與選取的電阻和電容大小有關(guān)，初次測試時(shí)黃燈亮的時(shí)間 太短，經(jīng)過調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)殡娮韬碗娙莸闹堤?，?dāng)滿足T 1.1RC 5s時(shí)，黃燈每次亮的時(shí)間就基本穩(wěn)定至 5秒。3 .555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)有特殊情況時(shí)，需要兩邊的紅燈同時(shí)亮，電路設(shè)計(jì)用555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制兩條道路的紅燈，按下開關(guān)使得觸發(fā)器觸發(fā)，控制兩條路 的紅燈同時(shí)亮，時(shí)間為T 1.1RC4 .計(jì)數(shù)器74192和鎖存器74HC37374192既可以做加計(jì)數(shù)器，也

8、可以做減計(jì)數(shù)器，利用這一特點(diǎn)通過用 鎖存器的鎖存功能以及D觸發(fā)器的輸出端信號完成對計(jì)數(shù)器的置數(shù)。主 干道的數(shù)碼管從9減到0時(shí)，左邊的數(shù)碼管也從3開始遞減到0;支干 道的數(shù)碼管從9減到0時(shí)，左邊的數(shù)碼管從2減到0,實(shí)現(xiàn)了芯片控制 時(shí)間的變化。5 .很多與非門組成的邏輯電路當(dāng)綠燈要變到紅燈時(shí)，必須先變到黃燈在到紅燈，但是根據(jù)原來的電 路圖解決不了這個(gè)問題，電路直接由綠燈變到紅燈，經(jīng)過多次測試后發(fā) 現(xiàn)主要是電路的時(shí)序不相匹配，所以運(yùn)用一些列的邏輯門器件解決這個(gè) 問題，使得綠燈亮的時(shí)間加上黃燈亮的時(shí)間等于紅燈亮的時(shí)間。電路主 要就是要解決其時(shí)序問題。5系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)5.1 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能電路是十

9、字路口交通信號燈的控制電路，采用的是數(shù)字電路和模擬電路的相關(guān)知識，結(jié)合相關(guān)的電子線路器件，運(yùn)用 protel軟件進(jìn)行的 仿真測試，構(gòu)建的中規(guī)模電子線路圖。電路主要分為4大板塊，第一是多謝振蕩器，主要用于產(chǎn)生連續(xù)的矩形脈沖；第二部分是計(jì)數(shù)器與 鎖存器，主要用于計(jì)數(shù)器的置數(shù)，使得計(jì)數(shù)器從需要的數(shù)值開始計(jì)數(shù)； 第三部分是數(shù)碼管顯示，將數(shù)碼管與計(jì)數(shù)器相連，計(jì)數(shù)器的信號輸入 數(shù)碼管，使得數(shù)碼管正常顯示計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)；第四部分為編碼電 路，計(jì)數(shù)器向數(shù)碼管輸入信號的同時(shí)也向編碼器CD4532輸入信號，編碼輸出的信號經(jīng)過D觸發(fā)器送到各條線路上；第五部分是邏輯門與 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121共同實(shí)現(xiàn)綠燈紅

10、燈與黃燈之間的時(shí)序配合； 第六部分是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，由555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成，主 要控制特殊情況下的交通燈變化。5.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試1 .鎖存器74HC373B勺工作狀態(tài)片 0： D3D2D1D0 0011片 1: D3D2D1D0 0010當(dāng)主干道的綠燈亮起時(shí)，通過D觸發(fā)器的輸出端反饋信號回到鎖存器片1的輸出使能端OE,使之為高電平，這時(shí)只有片 0工作，然后片0直接接到左邊數(shù)碼管，控制數(shù)碼管當(dāng)主干道綠燈亮?xí)r時(shí)間是從 39開 始遞減的；當(dāng)支干道綠燈亮?xí)r，反饋回來的信號使得片 0的輸出使 能端為高電平，只有片1工作，控制數(shù)碼管的書從29開始遞減。2 .計(jì)數(shù)器參數(shù)計(jì)數(shù)器片0:直接從9減

11、到0;計(jì)數(shù)器片1:當(dāng)工作狀態(tài)在主干道時(shí)，從3減到0;工作在支干道時(shí)，從2減到03 .黃燈亮的時(shí)間單穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間T 1.1RC更具要求，設(shè)置黃燈亮的時(shí)間為5秒,選取電阻為500K,電容為10UF, 計(jì)算出T 1.1RC=5S4 .多謝振蕩器的頻率按照要求產(chǎn)生脈沖的周期 T=1S,選取電阻為500K,電容為1UF,計(jì) ，一1.算出f 1HZ,周期T 2RC 1s2RC5 .主要參數(shù)表74HC373 功能表工式作模OELED0-D9內(nèi)部狀 態(tài)輸出Q使能和LHLLL讀鎖存器LHHHH鎖存和LLLLL讀鎖存器LLHHH5.3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析(與設(shè)計(jì)要求對比進(jìn)行)設(shè)計(jì)要求(1)數(shù)碼管從預(yù)置的起始數(shù)遞

12、減計(jì)數(shù)，以提示道路通、斷情況將變更， 且同時(shí)燃亮紅燈、綠、或綠燈。(2)甲方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間與乙方向紅燈黃燈總點(diǎn)亮?xí)r間相同，乙方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間與甲方向紅燈黃燈總點(diǎn)亮?xí)r間相同。(3)主干道比支干道綠燈點(diǎn)亮?xí)r間長(自行制定兩方向通行時(shí)間)。(4)能預(yù)置數(shù)碼管遞減計(jì)數(shù)的初始值，即能任意改變紅、綠燈燃亮的時(shí) 間長短。(5)根據(jù)道路口交通情況可使紅、 綠燈處于特殊狀態(tài)，例如一方向有消 防車通過時(shí)，只讓綠燈燃亮，且綠數(shù)碼管不再遞減計(jì)時(shí)。本電路實(shí)現(xiàn)的功能與要求對比：(1)主干道綠燈亮?xí)r，數(shù)碼管從39開始減計(jì)數(shù)到0,然后換到支干道 綠燈亮，數(shù)碼管從29開始減計(jì)數(shù)到0;(2)當(dāng)由綠燈變成紅燈時(shí)，需要先變成黃燈并持

13、續(xù)5秒的時(shí)間，才能變成紅燈，實(shí)現(xiàn)了甲方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間與乙方向紅燈黃燈總點(diǎn)亮 時(shí)間相同，乙方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間與甲方向紅燈黃燈總點(diǎn)亮?xí)r間相 同。(3)電路如果需要改變數(shù)碼管的初始值，只需要將鎖存器的輸入端改變 就可以改變初值，而燈亮的時(shí)間快慢只需要改變多謝振蕩器的電阻 和電容就可以調(diào)節(jié)了。(4)當(dāng)有特殊情況時(shí)，只要按下 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的開關(guān)就能控制兩 條道路的紅燈同時(shí)亮起。6設(shè)計(jì)總結(jié):6.1 課程設(shè)計(jì)完成情況通過為期兩周的課程設(shè)計(jì)，完成了本次設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于紅綠燈與黃燈之間的時(shí)序問題，遇到了很多麻煩，但是在老師的指導(dǎo)下最后還是實(shí)現(xiàn)了其要求的功能。關(guān)于連續(xù)脈沖的產(chǎn)生，采取了用

14、運(yùn)算放大器構(gòu)成的多謝振蕩器來完成，但是進(jìn)行仿真測試時(shí)需要一段時(shí)間起振才能產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖；對于計(jì)數(shù)器的置數(shù)采用鎖存器置數(shù)的方法，通過對輸出信號的反饋實(shí)現(xiàn)對鎖存器的工作狀態(tài)的選擇，進(jìn)行置數(shù)；按照設(shè)計(jì)要求的可以通過對鎖存器的輸入端連接方式進(jìn)行改變，從而改變數(shù)碼管的起始值，同時(shí)也可以改變多謝振蕩器電阻與電容的大小，從而改變時(shí)間的快慢。6.2 設(shè)計(jì)收獲體會(huì)這是學(xué)習(xí)中的第一次課程設(shè)計(jì)， 在這次設(shè)計(jì)中把平時(shí)學(xué)到的知識相結(jié)合起來， 懂得了數(shù)字電路與模擬電路在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中相輔相成。剛開始的時(shí)候還是遇到了很大的麻煩，對于平時(shí)在學(xué)習(xí)中的知識，一下要把他們?nèi)拷Y(jié)合起來。模擬信號可以轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，同時(shí)數(shù)字信號也可以轉(zhuǎn)

15、化成模擬信號。在本次設(shè)計(jì)中，最大的收獲體會(huì)應(yīng)該算是對所學(xué)器件的應(yīng)用，以前都只是知道每個(gè)器件的功能，但是還沒有真正的把所學(xué)的電子器件相結(jié)合運(yùn)用到實(shí)際生活的電路中。對于一些集成器件的應(yīng)用也有了一定的掌握，數(shù)字電路能實(shí)現(xiàn)的功能也能用模擬電路來實(shí)現(xiàn)。這次設(shè)計(jì)還幫助我學(xué)會(huì)了對protel 軟件運(yùn)用，學(xué)會(huì)了對中規(guī)模電路的搭建以及仿真，這對以后的學(xué)習(xí)以及設(shè)計(jì)幫助很大。6.3 設(shè)計(jì)存在的不足與完善意見不足：本次設(shè)計(jì)主要目的是設(shè)計(jì)十字路口交通信號控制系統(tǒng)電路，主要運(yùn)用數(shù)字電路和模擬電路的知識對電路進(jìn)行搭建， 對于多諧振蕩器在仿真的時(shí)候能夠起振， 但是搭建實(shí)物電路板有很大的可能電路不能起振； 電路中實(shí)現(xiàn)綠燈加黃燈亮的時(shí)間等于紅燈時(shí)間的線路太過復(fù)雜，實(shí)際操作中會(huì)使電路的連線變得復(fù)雜，而且用到的邏輯門器件太多。改進(jìn)意見：在實(shí)際操作做實(shí)物的時(shí)候，可以將多諧振蕩器去掉，直接接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上得連續(xù)脈沖源上， 這樣就可以解決電路難以起振的問題；查閱資料后發(fā)現(xiàn)，可以用 74LS168 以及少數(shù)的與非門構(gòu)建電 路，簡化其電路結(jié)構(gòu)，但是功能并不會(huì)發(fā)生改變。7 致謝本次設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)星期，首先致謝張祖媛老師。在初期繪制