交通燈控制電路設(shè)計(jì)報(bào)告

課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）報(bào)告課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路設(shè)計(jì)院系：信息技術(shù)學(xué)院班級(jí)：2012計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2班設(shè)計(jì)者：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：2013.12.23--2013.12.27信息技術(shù)學(xué)院昆明學(xué)院課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）任務(wù)書姓名： 院（系）：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 學(xué)號(hào)：任務(wù)起止日期：2013.12.23-2013.12.27課程設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)交通邏輯控制電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口的自動(dòng)交通控制。完成一個(gè)交通燈控制路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)以下功能：一個(gè)具有主、支路的路口。（1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。（2）當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。（3）主支干道交替允許通行，主干道每次放行25秒、支干道25秒。設(shè)計(jì)25秒計(jì)時(shí)顯示電路。（4）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要亮5秒的黃燈作為過(guò)渡，設(shè)置5秒計(jì)時(shí)顯示電路。工作計(jì)劃及安排：1、查閱資料1天。分析比較、選擇設(shè)計(jì)方案；2、總體設(shè)計(jì)2天。設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、繪制電路原理圖；3、軟件仿真及調(diào)試0.5天。利用Proteus軟件構(gòu)建電路，進(jìn)行虛擬仿真;4、故障排除0.5天。根據(jù)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，逐一查找原因，排除故障，使電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求；5、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告0.5天。寫出設(shè)計(jì)思路、工作原理，畫出電路結(jié)構(gòu)框圖，繪出電路原理圖，給出設(shè)計(jì)參數(shù)及調(diào)試電路數(shù)據(jù)，分析設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和解決方法及設(shè)計(jì)心得體會(huì)；6、答辯0.5天。指導(dǎo)教師簽字年月日

課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）成績(jī)學(xué)號(hào)： 姓名：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路設(shè)計(jì)總結(jié)：經(jīng)過(guò)一周數(shù)字電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì),完成了交通燈控制電路。通過(guò)這次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用有了更深刻的理解。通過(guò)一周不斷的查找資料的過(guò)程讓我積累了很多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)和有關(guān)電子元件的應(yīng)用。我更深刻體會(huì)到數(shù)字電子技術(shù)對(duì)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的重要作用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的艱辛，同時(shí)更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。這次課程設(shè)計(jì),使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見邏輯器件的了解。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多東西。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了很多自身的不足,有限的知識(shí)不足以解決在學(xué)習(xí)生活中所遇到的系列問(wèn)題。同時(shí)，也感謝老師在課程設(shè)計(jì)中的耐心指導(dǎo)。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：填表時(shí)間： 指導(dǎo)教師簽名：目錄一、設(shè)計(jì)目的 5二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo) 5三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 53.1交通燈控制電路的工作原理 53.2主要器件 113.3仿真結(jié)果分析 11四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議 12五、總結(jié) 12六、主要參考文獻(xiàn) 13一、設(shè)計(jì)目的為了確保十字路口的車輛順利、暢通得通過(guò)，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。在學(xué)完《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行復(fù)雜程度高、綜合能力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求到達(dá)以下目的：進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；熟悉并掌握Proteus仿真技術(shù)，能獨(dú)立完整地設(shè)計(jì)一定功能的電子技術(shù)，以及仿真和調(diào)試等的綜合能力；掌握各芯片的邏輯功能及使用方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；熟悉?shù)字交通燈控制電路的設(shè)計(jì)與制作。二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)運(yùn)用Proteus仿真技術(shù)，獨(dú)立完整地設(shè)計(jì)一定功能的電子技術(shù)，以及仿真和調(diào)試等的綜合能力。及設(shè)計(jì)一個(gè)交通邏輯控制電路,實(shí)現(xiàn)十字路口的自動(dòng)控制.1、用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。2、當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。3、主支干道交替允許通行，主干道每次放行25秒、支干道25秒。設(shè)計(jì)25秒計(jì)時(shí)顯示電路。4、在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要亮25秒的黃燈作為過(guò)渡，設(shè)置5秒計(jì)時(shí)顯示電路。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1交通燈控制電路的工作原理該電路主要由控制器、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。如下圖1所示為交通燈控制電路系統(tǒng)原理圖圖1.交通燈控制系統(tǒng)原理圖定時(shí)器定時(shí)器（圖2）由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)和模25的定時(shí)信號(hào)。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS160是十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。RD’是低電平有效的同步清零輸入端，LD’是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，，RCO是進(jìn)位輸出端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q3是數(shù)據(jù)輸出端。圖2.定時(shí)器原理圖秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8=168K、R9=15K,C3=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)C2ln2當(dāng)T=1S，即可湊出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是為了保持輸出的波形的穩(wěn)定。如圖3所示，R9=15K、C3=10uF組成一個(gè)串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個(gè)方波信號(hào)，C3上得到一個(gè)三角波。此三角波送到NE555的2腳輸入端。由NE555內(nèi)部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號(hào)和3腳上的輸出方波。圖3.秒脈沖發(fā)生器原理圖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(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如下所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器74LS74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TL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。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST?？梢酝瞥鰻顟B(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和ST為1的項(xiàng)所對(duì)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(xiàng)相或，即可得到下面的方程：注:TL:表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(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。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)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào)．即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。原理圖如圖4其原理為：CLK分別送給U6A和U6B的3和11的清零端。將TY接入U(xiǎn)4的5和U5的4和5；TY非接入U(xiǎn)4的4。如圖3所示：74LS74兩個(gè)D觸發(fā)器作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153圖4.交通燈控制器譯碼電路譯碼器的主要任務(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(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如下表所示。表中A、B代表甲、乙車道。表2控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表Q1Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈BR紅燈00100001010100011000110011001010由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CLK脈沖，一部分送給了定時(shí)器的74LS160芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時(shí)加到定時(shí)器74LS160芯片的情況下，通過(guò)芯片74LS10將會(huì)輸出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結(jié)果是秒脈沖的25倍。TY非、TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會(huì)輸出高低變化的電平?？刂破髦械男盘?hào)在送給由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過(guò)電路中的指示燈和200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(guò)小燈的正常閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路圖設(shè)計(jì)如下圖5所示：圖5.譯碼器原理圖顯示部分顯示部分由74LS48和共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作為譯碼器，對(duì)74LS160的輸出信號(hào)進(jìn)行譯碼，然后通過(guò)七段數(shù)碼管顯示出74LS160的計(jì)數(shù)。即交通燈需要顯示的時(shí)間。其設(shè)計(jì)如圖6所示：圖6.74LS48和數(shù)碼管3.2主要器件元件數(shù)量(片/個(gè))元件數(shù)量(片/個(gè))NE551200歐姆電阻974LS160215K歐姆電阻174LS08468K歐姆電阻174LS0430.01uF電容174LS153210uF電容274LS742發(fā)光二極管674LS4823.3仿真結(jié)果仿真圖圖7.整體圖（右數(shù)從上三個(gè)為甲車道,后三個(gè)為乙車道）結(jié)果分析:接上電源,便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的0秒，以每秒增1，增到25到0時(shí)，甲道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時(shí)甲車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；乙車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議1、計(jì)時(shí)是正計(jì)時(shí)，未能設(shè)置成倒計(jì)時(shí)；2、線路多易混淆。3、沒有置數(shù)功能。五、總結(jié)經(jīng)過(guò)一周數(shù)字電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì),完成了交通燈控制電路。通過(guò)這次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用有了更深刻的理解。通過(guò)一周不斷的查找資料的過(guò)程讓我積累了很多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)和有關(guān)電子元件的應(yīng)用。我更深刻體會(huì)到數(shù)字電子技術(shù)對(duì)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的重要作用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了實(shí)際操作能力。讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的艱辛，同時(shí)更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。這次課程設(shè)計(jì),使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路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