交通信号控制灯的设计方 案1

《交通信号控制灯的设计方 案1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号控制灯的设计方 案1（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、学学号：号：2015200034 山东水利职业技术学院山东水利职业技术学院 课课 程程 设设 计计 题题目目 交通信号灯控制器设计 学学院院 水利学院 专专业业 通信技术 班班级级 通信 A151 班 姓姓名名 张筱 指导教师指导教师 邓坚 林伟 2016 年12 月30日 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 张筱张筱专业班级：专业班级：通信技术通信技术 指导教师：指导教师： 邓坚邓坚 林伟林伟工作单位：工作单位：水利水利学院学院 题题目目: : 交通信号灯控制器设计交通信号灯控制器设计 初始条件：初始条件： 1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识； 2 用到的元件：实验板、电

2、源、连接导线、74 系列芯片、555 芯片或微处理器等。 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : 1 假设一路口为东西南北走向。初始状态 0 为东西红灯，南北红灯， 2 然后转状态 1 东西绿灯通车，南北红灯。 3 过 25s 转状态 2，东西绿灯灭，黄灯闪烁 5 次，南北仍红灯。 4 再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯亮。 5 过 20s 转状态 4，南北绿灯灭，闪 5 次黄灯，东西仍是红灯。 6 最后循环至状态 1，如此不断周期循环下去。 7 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。 时间安排：时间安排： 第 1 天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料； 第 24 天进行方案

3、论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第 5 天提交电路图，经审查后领取元器件； 第 68 天组装电路并调试，检查错误并提出问题； 第 911 天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果； 第 1214 天补充完成课程设计报告和答辩。 指导教师签名：指导教师签名：20201616 年年 1212 月月 3030 日日 系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名：2012016 6 年年 1212 月月 3030 日日 目录 引言.1 1 设计意义及要求.2 1.1 设计意义.2 1.2 设计要求.2 2 方案设计3 2.1 设计思路.3 2.1.1 个人方案(方案一) . 3 2.1

4、.2 个人方案(方案二) . 3 2.2 方案设计.3 2.2.1 个人方案(方案一) . 3 2.2.2 小组方案(方案二).6 2.3 方案比较.8 3 部分电路设计. 9 3.1 脉冲源. 9 3.2 计数电路. 10 3.3 译码电路. 11 3.4 逻辑门电路.13 4 调试与检测. 14 4.1 调试中的故障及解决办法. 14 4.2 调试与运行结果. 14 5 仿真操作步骤及使用说明. 15 结束语.16 参考文献 17 附录 1 方案一总电路图.18 附录 2 方案二总电路图.19 附录 3 元器件清单20 本科生课程设计成绩评定表 引言 课程设计是大学教学的一大创新，也是大学

5、阶段给学生将理论知识应用到实际的一个 平台。在巩固和加强理论知识的同时，也起到了锻炼学生动手能力的作用，对于本科教学 有重要的意义和作用。 这次的课程设计要求我们通过运用已学的数电知识和查阅相关资料，自己设计出一套 交通灯控制电路。该电路可以基本实现对十字路口交通情况的控制，并且可以循环工作。 此次课程设计形式开放，设计方法和元器件基本无限制，可以让我们充分发挥自己的 创造力。此次设计我将用到 555 定时器构成的秒脉冲发生器，74154，74LS16,以及各种逻 辑门电路来实现我的方案。因此需要我能充分运用学过的数电以及模电知识，来解决设计 中的问题。 整个设计过程，我们小组经历了选题、构思

6、、分析、设计、仿真、调试、撰写报告等 过程。每一个过程都离不开小组成员的积极探讨和配合，其间，我们遇到了很多问题，通 过团队的力量这些问题得到了很好的解决，这个团队的凝聚力也得到了增强。 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 2 - 1 设计意义及要求 1.1 设计意义 交通灯在大道上随处可见，他们有条不紊的工作，不足为奇，但有没想尝试过自己 来设计一套交通灯控制系统呢？ 这次课程设计就是要我们自己动手来设计交通灯控制系统。通过设计，让我们更好的 理解和学习理论知识，学会把理论应用到实际中去；通过查阅资料，更加熟悉各芯片的引 脚和功能。通过设计和实物连接，来激发和增强自己的电工电子方面的

7、兴趣。 1.2 设计要求： 假设一路口为东西南北走向。交通灯开始工作后，东西绿灯亮 25 秒，通车；此时南 北保持红灯，不通车。 25 秒后东西变黄灯，闪烁 5 秒东西方未过停车线的车禁止通行，过了停车线的继续 通行；此时南北保持红灯。 5 秒过后，东西方变红灯，不通车；南北变绿灯，通车。 20 秒后再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯亮。 过 20s 转状态 4，南北绿灯灭，闪 5 次黄灯，东西仍是红灯。 最后循环至状态 1，如此不断周期循环下去。 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 3 - 2 方案设计 2.1 设计思路 2.1.1 个人方案(方案一)： 利用模电数电知识设计一个时

8、序电路，来同时控制交通灯的状态。不同的输入对应不 同的输出，即各个交通灯的状态，时序电路不断循环，从而交通灯循环工作。 2.1.2 小组方案(方案二)： 小组方案也是通过时序电路来实现，但是脉冲信号为秒脉冲，先通过时序电路把东西 方向的交通灯亮灭问题解决，再通过反馈即其它门电路解决南北方向的。 2.2 方案设计 2.2.1 个人方案(方案一)： 通过对交通灯状态变化的时间来看，发现东西和南北方向各灯保持的时间都为 5 的倍 数，因此，可以用一个 0.2HZ 的脉冲做芯片脉冲源。芯片选用 74154（4 线-16 线译码器） ， 每一个输入地址对应一个输出状态即可。各个输出状态对应东西南北各灯的

9、状态，灯亮用 “1”表示，灯灭用“0”表示。以下为控制状态转换表.东西方红黄绿分别用 RYG 表示， 南北红黄绿风别用 ryg 表示. 图 1 交通灯控制总电路框图 0.2HZ 脉 冲 发生器 计数电路 译码电路逻辑门电路 东西方红绿 灯 南北方红绿 灯 1HZ 脉冲发 生器 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 4 - 表 1 控制状态转换表 地址输入输出东西南北每个状态时间 ABCDyiRYGrygT(s) 0000Y00011005 0001Y10011005 0010Y20011005 0011Y30011005 0100Y40011005 0101Y50101005 0110Y

10、61000015 0111Y71000015 1000Y81000015 1001Y91000015 1010Y101000105 通过该转换表得出下列表达式： 678910Ryyyyy 5Yy 01234Gyyyyy 012345ryyyyyy 10yy 6789gyyyy 由此可见共有 11 个状态，故设计一个 11 进制的加计数器来控制 74154 的地址输入数 据，加计数器由 74ls163 制作。脉冲信号由 555 定时器构成的多谐振荡器来产生。 工作原理分析： 计时电路脉冲周期为 5 秒，计数电路为 11 进制，对应上面的控制状态转换表计数电 路的输出即译码器的输入二进制序列为 0

11、0000100，通过逻辑门电路使东西方红黄绿灯的 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 5 - 状态为 001， 南北为 100； 序列为 0101 时， 东西方为 010， 南北方为 100； 序列为 01101001， 东西方为 100，南北方为 001；序列为 1010 时，东西方为 100，南北方为 010； （每转变一 个二进制序列经历时间为一个周期 5 秒）当进入无关项 1011 时让计数器清零，进入下一 个循环。 当黄灯亮时要求其闪烁，此过程通过将输入黄灯的信号与 1HZ 的脉冲信号相与后输入 到黄灯便可实现。 图 2 方案一总电路图 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书

12、 - 6 - 2.2.2 小组方案(方案二)： 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 7 - 图 3 方案二总电路图 该方案由脉冲源、计数器、反馈电路、控制门电路、显示器等五大部分组成。总体框 图如下： 图 4 方案二总体框图 该电路的秒脉冲由 555 定时器来制作。两个 74LS192 用来产生 024 和 2024 的秒加 计数，当一次计数从 00 到 24 或 20 到 24 时产生一进位信号到第三个 74LS192，用来产生 地址信号，译码器将地址信号译码转变成输出信号来控制交通灯，由于采用的发光二极管 为共阴极接法，后面的非门是用来实现电平的高低转换。黄灯的闪动是通过黄灯的控制

13、信 号与秒脉冲控制信号相与非而产生的信号加到黄灯的非门引脚。 下面的各种门电路为信号控制信号，可以通过信号反馈来实现计数器的 24 秒计时，或用 来控制南北方向上的灯亮灭。 1HZ 脉冲源 计数器（024 与 2024） 逻辑门控制 电路 计数器 （3 进制） 显示器 反馈清零反馈清零 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 8 - 2.3 方案比较 第一种方案和第二种方案都是通过数电知识来实现所要求的功能，第一种方案即个人 方案是设计的一个简单的时序电路来实现，每一个时序脉冲为 0.2HZ，第二种方案即小组 方案也是通过一个时序电路来实现，脉冲为秒脉冲，交通灯的亮灭需要反馈电路来控制。

14、第一种方案原理比较简洁直观，第二种稍微复杂。但两种方案从电路的结构上来看复 杂程度接近。 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 9 - 3 部分电路设计 3.1 脉冲源 利用 555 定时器为主组成多谐振荡器，输出两种频率（0.2HZ 与 1HZ）的矩形方波， 实现脉冲电路功能。 555 定时器原理图如图所示，功能表如图所示 图 5 555 定时器原理图 由 555 定时器组成的脉冲电路如图： 图 6 脉冲电路图 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 10 - 12 11.43 (2) plph f C ttRR 根据功能表和电路图计算如下： 2 22 0.7 lnpl CC tR

15、R 2 1212 ()0.7() lnph CC tRRRR 取 1R 10K 2R 350K即可实现输出 0.2的矩形方波； 取 1R 3K 2R 70K即可实现输出 1的矩形方波。 3.2 计数电路 计数电路采用芯片，其为四位二进制计数器，其为四位二进制加计数器， 通过反馈清零法将其改为进制加计数器，电路图如下： 图 7 计数器电路 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 11 - 图 8 74163 管脚图 表 2 74163 功能表 CLKCLRLDENPENT功能 0同步清零 10同步置数 1101保持（包括 RCO 的状态） 110保持（RCO=0） 1111加计数 3.3 译

16、码电路 图 9译码电路 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 12 - 1A0VCC16 2A1YO15 3A2Y114 4A3Y213 5E2AY312 6E2BY411 7Y7Y510 8GNDY69 图 10 74154 管脚图 表 3 74154 功能表 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 13 - 3.3 逻辑门电路 逻辑门电路用于实现控制东西、南北方向各灯的表达式，其电路如下图： R G r g y Y 图 11 逻辑门电路 武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书 - 14 - 4 调试与检测 4.1 调试中的故障及解决办法 调试过程中对脉冲信号进行波形检测，发现周期与理论值稍有偏差，在误差允许的范 围内，故而脉冲信号设计无误。 方案一 没有发现什么问题，运行较顺利。 方案二 在打开仿真开关后发现数码管显示乱码，经检查发现管脚电平高低