交通燈設(shè)計(jì)數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課程設(shè)計(jì)論文題目:交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)得設(shè)計(jì)、制作學(xué)院:____專業(yè):____學(xué)號(hào):_____姓名:________指導(dǎo)教師:_________完成日期:設(shè)計(jì)任務(wù)書在城鎮(zhèn)街道得十字交叉路口,為了保證交通秩序與行人安全,一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈,其中紅燈亮,表示該條道路禁止通行;黃燈亮表示該條道路上未過(guò)停車線得車輛停止通行,已過(guò)停車線得車輛繼續(xù)通行;綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈得狀態(tài)轉(zhuǎn)換,指揮各種車輛與行人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理得自動(dòng)化。設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口得交通燈定時(shí)控制系統(tǒng),基本要求如下:(1)甲車道與乙車道兩條交叉道路上得車輛交替運(yùn)行,每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒。(2)每次綠燈變紅燈時(shí),黃燈先亮5秒鐘,才能變換運(yùn)行車道。(3)黃燈亮?xí)r,要求每秒鐘閃亮一次。選做擴(kuò)展功能:(4)十字路口有數(shù)字顯示燈亮?xí)r間,要求燈亮?xí)r間以秒為單位作減計(jì)數(shù);(5)要求通行時(shí)間與黃燈亮得時(shí)間均可在0~99s內(nèi)任意設(shè)定。目錄一、交通燈設(shè)計(jì)原理………………4二、單元電路得設(shè)計(jì)……………、、、、81、秒脈沖發(fā)生器……………、、82、定時(shí)器…………………、…、、93、控制器…、、、………………、、114、譯碼器……………、、、……、、145、顯示部分………………、、、166、整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)得布局……………、、、17三、仿真過(guò)程與效果分析、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、17四、元器件清單、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、19五、體會(huì)總結(jié)、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、20六、參考文獻(xiàn)、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、21七、附錄一.交通燈設(shè)計(jì)原理

交通燈控制系統(tǒng)得原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器與秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器就是該系統(tǒng)中定時(shí)器與控制器得標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源,譯碼器輸出兩組信號(hào)燈得控制信號(hào),經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作,控制器就是系統(tǒng)得主要部分,由它控制定時(shí)器與譯碼器得工作。圖中:

TL:表示甲車道或乙車道綠燈亮得時(shí)間間隔為25秒,即車輛正常通行得時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到,TL=1,否則,TL=0。

TY:表示黃燈亮得時(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)定得時(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)得定時(shí)。圖1交通燈控制系統(tǒng)得原理框圖兩方向車道得交通燈得運(yùn)行狀態(tài)共有4種(因人行道得交通燈與車道得交通燈就是同步得,所以不考慮),如表1所示表1信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)甲綠,乙紅甲黃,乙紅甲紅,乙綠甲紅,乙黃甲車道通行,乙車道禁止通行甲車道緩行,乙車道禁止通行甲車道禁止通行,乙車道通行甲車道禁止通行,乙車道緩行一般十字路口得交通燈控制系統(tǒng)得工作過(guò)程如下:

(1)圖甲車道綠燈亮,乙車道紅燈亮。表示甲車道上得車輛允許通行,乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定得時(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)甲車道黃燈亮,乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過(guò)停車線得車輛停止通行,已過(guò)停車線得車輛繼續(xù)通行,乙車道禁止通行。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)甲車道紅燈亮,乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行,乙車道上得車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定得時(shí)間間隔TL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)。

(4)甲車道紅燈亮,乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行,乙車道上位過(guò)縣停車線得車輛停止通行,已過(guò)停車線得車輛停止通行,已過(guò)停車線得車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定得時(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)。

交通燈以上4種工作狀態(tài)得轉(zhuǎn)換就是由控制器器進(jìn)行控制得。設(shè)控制器得四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10,并分別用S0、S1、S3、S2表示,則控制器得工作狀態(tài)及功能如表2所示表2控制工作狀態(tài)及其功能控制器狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0(00)S1(01)S2(11)S3(10)甲綠,乙紅甲黃,乙紅甲紅,乙綠甲紅,乙黃甲車道通行,乙車道禁止通行甲車道緩行,乙車道禁止通行甲車道禁止通行,乙車道通行甲車禁止道通行,乙車道緩行控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈得控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見,把燈得代號(hào)與燈得驅(qū)動(dòng)信號(hào)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;

BY=1:乙車道紅燈亮;由此得到交通燈得ASM圖,如圖2所示。設(shè)控制器得初始狀態(tài)為S0(用狀態(tài)框表示S0),當(dāng)S0得持續(xù)時(shí)間小于25秒時(shí),TL=0(用判斷框表示TL),控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0得持續(xù)時(shí)間等于25秒時(shí),TL=1,跳轉(zhuǎn)到S1,這時(shí)當(dāng)S1持續(xù)時(shí)間小于5秒時(shí)TY=0,控制器保持S1不變,只有當(dāng)持續(xù)時(shí)間等于5秒時(shí),控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST(用條件輸出框表示ST),也就就是說(shuō)每跳轉(zhuǎn)一次持續(xù)總時(shí)長(zhǎng)為30秒,然后轉(zhuǎn)換到下一個(gè)S2狀態(tài),滿足條件又跳到S3得總時(shí)長(zhǎng)30秒工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所示表達(dá)得含義。ARBYSTARBYSTAGBR001TYTL1TYTL010011TLARBGSTTYAYBR010011TLARBGSTTYAYBR圖2.畫出交通燈控制器得ASM三.單元電路得設(shè)計(jì)(1)秒脈沖發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器用得就是555定時(shí)器構(gòu)成多諧震蕩器,震蕩頻率為:f=1、43/(R1+2R2)C電路圖如下圖:圖3秒脈沖產(chǎn)生器圖4秒脈沖產(chǎn)生器結(jié)果(2)定時(shí)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖(由上面時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供)同步得計(jì)數(shù)器構(gòu)成,要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST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0開始進(jìn)行加1計(jì)數(shù),向控制器提供模5得定時(shí)信號(hào)TY與模25得定時(shí)信號(hào)TL。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS163進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS163就是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,它具有同步清零、同步置數(shù)得功能。其功能表如表所示。表中,LD’為置數(shù)端,RD’為清除端,EP,ET為使能端。圖4則為兩片74LS163連接得定時(shí)電路圖。表374LS163功能表CLKRD’LD’EPET工作狀態(tài)X↑XX↑01111X0111XXXX01X011置零預(yù)置數(shù)保持保持(C=0)計(jì)數(shù)圖574LS163組成定時(shí)器電路圖還可以用74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)定時(shí)器。但就是由于該芯片不就是二進(jìn)制而為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,在進(jìn)行拓展就是更加方便。其定時(shí)器電路圖如下:圖674LS160組成得定時(shí)器電路圖(3)控制器

控制器就是交通管理得核心,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)得轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,如表12、3所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài),控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換得條件為TL與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,同時(shí)表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。表3控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程與轉(zhuǎn)換信號(hào)方程,其方法就是:將Q1n+1、Q0n+1與ST為1得項(xiàng)所對(duì)應(yīng)得輸人或狀態(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,即可得到下面得方程:

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)器得輸入函數(shù),將觸發(fā)器得現(xiàn)態(tài)值加到74LS153得數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào).即可實(shí)現(xiàn)控制器得功能?？刂破髟韴D如圖7所示。由兩個(gè)雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153與一個(gè)雙D觸發(fā)器74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài),多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)4種狀態(tài)得相互交換。電路邏輯圖如下:圖7控制器邏輯圖其原理為:CLK分別送給U7A與U7B得3與11得清零端。將TY接入U(xiǎn)4得5與U5得4與5;TY非接入U(xiǎn)4得4;TL接入U(xiǎn)4得10與U5得3與6;TL非接入U(xiǎn)4得13。如上圖所示: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)器得輸入函數(shù),將觸發(fā)器得得現(xiàn)態(tài)值加到74LS153得數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號(hào),即可實(shí)現(xiàn)控制器得功能。(4)譯碼器

譯碼器得主要任務(wù)就是將控制器得輸出Q1、Q0得4種工作狀態(tài),翻譯成甲、乙車道上6個(gè)信號(hào)燈得工作狀態(tài)?？刂破鞯脿顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間得關(guān)系如表4所示。表4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00100001010100011100110010001010通過(guò)與門來(lái)簡(jiǎn)潔翻譯成兩路交通得亮滅,其中,黃燈得閃爍,就是通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)得高低電平與Q1,Q0得狀態(tài)控制其亮滅及閃爍。下圖為譯碼器及交通燈部分得電路圖:圖8譯碼器及交通燈電路圖其原理為:將定時(shí)器輸出得TY。TY非;TL。TL非分別作用于控制器得芯片74LS153中,在CLK脈沖置于芯片74LS74中會(huì)輸出高低變化得電平?？刂破髦械眯盘?hào)在送給由芯片74LS08組成得譯碼器后再通過(guò)電路中得指示燈與200歐得電阻從而得到交通燈得邏輯電路,這種電路得結(jié)果最終通過(guò)小燈得正常閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。(5)顯示部分顯示部分由74LS48與共陰極七段數(shù)碼管組成,74LS48作為譯碼器,對(duì)74LS160得輸出信號(hào)進(jìn)行譯碼,然后通過(guò)七段數(shù)碼管顯示出74LS160得計(jì)數(shù)。即交通燈需要顯示得時(shí)間。其設(shè)計(jì)如圖下:圖9顯示部分電路圖(6)整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)得布局四.仿真過(guò)程與效果分析1、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果(1)組裝調(diào)試秒脈沖電路。(2)進(jìn)行定時(shí)電路得組裝與調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz得時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí),要求電路能進(jìn)行增計(jì)時(shí),當(dāng)增計(jì)時(shí)到25時(shí),能輸電有效得定時(shí)時(shí)間到信號(hào)。(3)調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。(4)判斷各部分電路之間得時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分得功能,使其滿足設(shè)計(jì)要求。最終調(diào)試如下:接上電源,便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)得仿真,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;乙車道方向車道得紅燈亮,車輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置得0秒,以每秒增1,增到25到0時(shí),甲道得綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈,其余燈都不變。從增至5秒又到0后時(shí)甲車道得黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈;乙車道得紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。2、實(shí)體電路仿真成功后,按照仿真圖進(jìn)行實(shí)物連接及調(diào)試。調(diào)試過(guò)程如下:(注:調(diào)試得常用儀器有:萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器。)電路通電前得檢查:電子安裝完畢,通常不宜急于通電,要形成這種習(xí)慣,先要仔細(xì)檢查。其檢查內(nèi)容包括:(1)連線就是否正確按照實(shí)際線路來(lái)對(duì)照原理圖電路進(jìn)行查線。以元件為中心進(jìn)行查線。把每個(gè)元件引腳得線一次查清,檢查每個(gè)去處在電路圖上就是否存在,防止出現(xiàn)錯(cuò)線與少線,多線。同時(shí)對(duì)于已查過(guò)得線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記。(2)元器件得安裝情況檢查元器件引腳之間有無(wú)短路與接觸不良,尤其就是電源與地腳,發(fā)光二極管“+”、“-”極不要接反。以上檢查完畢后把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量得電源接入電路。觀察有無(wú)異常現(xiàn)象,包括有無(wú)元件發(fā)熱,甚至冒煙有異味電源就是否有短路現(xiàn)象等;如有此現(xiàn)象,應(yīng)立即斷電源,待排除故障后才能通電。若無(wú)異常則直接通電。四.元器件清單集成電路74LS741片74LS482片74LS1632片(或74LS1602片)74LS041片74LS082片74LS1532片74LS001片N5551片芯片座若干電容10μF,0、01μF,電阻47KΩ兩個(gè)發(fā)光二極管6個(gè)(紅黃綠各2個(gè))五.體會(huì)心得通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),不僅加深了我對(duì)數(shù)字邏輯電路得理解,而且加強(qiáng)了我獨(dú)立思考與合作交流及動(dòng)手能力。通過(guò)每個(gè)模塊得設(shè)計(jì)加深了對(duì)理論知識(shí)得掌握,同時(shí)在焊接電路板時(shí),真切得到實(shí)踐與理論并非同一回事,比如在TL與TL非得轉(zhuǎn)換就是,我一開始采用得就是與門與非門,結(jié)果需要給74LS163高電平信號(hào)才能進(jìn)行循環(huán),但就是在仿真中卻能得出正確結(jié)論,經(jīng)過(guò)多次示波器檢測(cè),發(fā)現(xiàn)TL與TL非處出現(xiàn)了不定態(tài)所導(dǎo)致,最后將TL與TL非處得轉(zhuǎn)換變成與非門與非門得連接方式。從這次實(shí)踐中,深深得體會(huì)到了“實(shí)踐出真知”這句話得真正內(nèi)含。同時(shí)在這次實(shí)踐中,加強(qiáng)了對(duì)各種元器件得認(rèn)識(shí),比如電解電容引腳長(zhǎng)得為正極,集成片該如何放置等,同時(shí)使更加熟練了焊接技術(shù)。還認(rèn)識(shí)到多跟同學(xué)交流得重要性,這樣不僅可以就是自己設(shè)計(jì)出更好更簡(jiǎn)潔得電路,而且能使自己少走彎路,分享彼此在實(shí)踐中中得遇到得問(wèn)題,還可以使自己學(xué)到更多,對(duì)問(wèn)題理解得更加透徹。比如剛開始時(shí)自己設(shè)計(jì)得仿真電路出問(wèn)題時(shí),通過(guò)與她人討論發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在74LS163得置數(shù)端沒(méi)有接高電平,并且我也幫別人檢查得仿真電路時(shí)知道了74LS153得