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1、 目 录一、 课程题目3二、 题目分析3三、 总体框图3四、 方案论证4五、 功能模块及参数确定5六、 电路的安装和调试6七、 总体设计电路7八、 体会总结8一、 课程题目：交通灯虚拟控制器设计与制作 设计并制作一具有三种信号灯的十字路口交通灯控制器。要求：1）由一条主干道和一条支干道汇合成的十字路口，每个入口处设置-红、绿、黄三盏信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车量有时间停在禁行线外；2）信号灯变换次序为：主支干道交替允许通行，主干道每次放行45s，亮5s黄灯，让行驶中的车辆有时间停在禁行线外；支干道放行30s，亮5s黄灯，让行驶中的车辆有时间停在禁行线外，3）各计
2、时电路采用倒计时显示二、 题目分析 在城镇街道的十字路口中，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。街道分为主干道和支干道两条道路，每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。主干道与支干道上的车辆交替运行，主干道上的车辆比较多，因此主干道的车辆通行时间长，支干道上的车辆少，因此支干道的车辆通行时间短。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为45s；支干道通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30 s。每次绿灯变红时，黄灯先闪烁5 s(频率为1Hz)。此时另一路口的红灯不变。基于以上规则设计的交通控制器控制十字路口两组红、黄、绿交通信号灯的状态转换，可以
3、方便地实现指挥各种车辆和行人通行实现十字路口交通管理的自动化。三、 总体框图交通灯控制电路原理框图如图所示。它主要由秒脉冲、计数器、译码器数码显示器、门电路触发器组合控制电路和信号灯组成。译码显示器门电路触发器组合控制电路红绿黄显示灯红绿黄显示灯计数器秒脉冲 由图可看出，秒脉冲使计数器按1hz频率计数，计数器设置成倒计数，输出BCD码提供给译码显示器进行时间显示，信号同时提供给门电路进行灯的控制，同时触发器信号反馈回来对计数器进行置数，秒脉冲同时可控制黄灯的闪烁。四、 方案论证1定时器定时器实质上是对秒脉冲的计数。由于交通灯是按倒计时显示的，所以使用倒计时计数芯片，所谓倒计时计数是指进行减计数
4、，这里我们采用功能强大的74hc192芯片。它是一块可预置数可逆计数芯片（既可以加计数又可以减计数）。它的时序波形如图所示。74ls192的时序波形图Le为置数控制端， A,B,C,D为数据输入口， UP为加计数脉冲输入， DOWN为减计数脉冲输入， QA,QB,QC,QD为数据输出， CO为加计数进位输出（低电平有效）， BO为减计数进位输出（低电平有效）。计数器要实现个位和十位的减计数，则个位计数器的BO端应与十位计数器的DOWN端连接，产生级联。2控制器设计控制器是交通灯控制电路的核心。控制器主要是通过定时器对定时器循环的控制和对交通灯的控制。我们可以通过定时器的输出用一些门电路和触发器
5、组成的控制器进行控制。3信号灯设计要求采用发光二极管做信号灯，并且使用红，绿，黄三种颜色。为了更逼真我们将在各条通道上使用两组相同的灯作为各个方向的交通信号灯，而且从各个方向看去灯从左到右的顺序为绿，黄，红排列。如图所示4译码驱动电路方案这里的译码是把定时器输出的BCD码译成数码显示的符号代码。它不仅要能译码还要有一定的驱动能力。由此我们选用了驱动能力强的CC4511。5.数码显示器译码驱动电路的输出高电平的有效，所以要选用共阴极数码管。五、 电路模块设计及参数计算1 秒脉冲的设计秒脉冲要实现1hz频率的脉冲输出，要有稳定的波形，由此可选用石英晶体振荡器，石英晶体的选频特性很好，有一个极为稳定
6、的串联谐振频率，且等效品质因数也很高。晶振用32768hz型号的，再用4060分频器分频得到2hz频率，然后再由触发器进行翻转得到1hz的频率脉冲信号。2 定时器电路的设计由于要显示2位数，所以需要2片74LS192级联组成。当减到00时让芯片置数成50。这样第00秒将显示50而不会显示00。第0秒是定时器输出将是0000和0000。我们注意到十位显示只显示0,1,2,3,4,5，也就是只是有低位的三根线就行了，高位一根将一直输出0，这样我只要对七根输出线进行同时或运算，再控制定时计数芯片置数，此时LE=Q12+Q11+Q10+Q23+Q22+Q21+Q20=O。由于定时器计数芯片跳到0000
7、0000时就进行置数，所以输出在极短的时间内又跳到置数50。从74LS192的时序逻辑图中可以看出它是在技术脉冲的上升沿时进行相应的动作，所以当它置数后要等到下一秒钟的上升沿到来时再进行一次减计数。由于器件进行了统一要求，故将原图中的3输入或非门74LS27换成了2输入或门74HC32。3.控制电路设计我们假定高电平表示该灯亮，低电平表示该灯灭，用L表示绿灯，Y表示黄灯，H表示红灯，1表示1条车道，2表示另一条车道。进过仔细观察和研究：各灯亮灭的周期为85秒。1L亮45秒，1Y亮5秒，同时2H亮45+5=50秒，然后2L亮30秒，2Y亮5秒，同时1H亮30+5=35秒。电路要记住循环次数而且以
8、两次为一个周期，这时我们想到触发器。当计数器输出全为0时，通过门电路使定时器置数端由1到0，定时器开始置数，同时也出现了一个下降沿。我们就可以用下降沿作为触发器的脉冲信号，触发器设置成翻转状态，它的两个输出端信号相反正好可以控制两组灯的亮灭，同时可以将定时器置成两组不同的数（分别为50秒和35秒），只需将Q端接到高位计数器的A、C端，Q非端接到低位计数器的A、C端和高位计数器的A、B端。触发器我们选用74hc74 触发器，与非门选用74HC00。对于绿灯和黄灯的控制，选择从50秒和35秒的05秒到01秒让黄灯亮，其余时间由绿灯亮。此时高位计数器输出端全为0，低位计数器Q1，Q2不全为1，故得出
9、图中U4A，U5B，U5C组成的控制电路，由于器材有限，将U4A改成了74HC32与非上一个高电位1。将U5C的输出取反驱动绿灯亮，将U4C输出和脉冲进行与得到5秒的闪烁低电平信号。3 信号灯的设计每条信号上都要安排两个灯，这两个灯可以是并联也可以是串联，为了减小限流电阻上的损耗功率，同时也考虑到是逻辑芯片高电平输出有4v左右，而发光二极管的驱动电平为1到2v，我们采用了串联方式，并串联了限流电阻，电流一般取10mA，故限流电阻在200欧左右合适。如图所示： 4 译码显示电路设计译码显示电路较为简单，直接将定时器输出BCD码接入CC4511的输入端A、B、C、D，输出端直接接对应的数码管引脚。
10、六、 电路的安装和调试1， 电路的安装首先我们根据实验原理电路图在仿真软件上进行了仿真，仿真达到了理想的效果。再将需要的原件在面包板上排版，最先焊接的是译码显示管和译码器，然后进行检测，验证焊接是否出现错误，显示管是否正常工作。在焊接过程中我们应注意的是我们采用分步焊接，分步验证的方针，确保一环紧扣一环，不出现任何漏洞，这样才能高效的完成实验。由于这次试验所采用的电源线很粗，焊接过程中不容易进行排线，所以电路看起来有些凌乱。2， 电路调试通过前面的设计，焊接后，开始几秒钟数码显示一些乱符号，但过了几秒后就进入了正常的显示，一个周期结束后返回到置数的50秒开始倒计时。之后一直如此循环。说明电路已
11、经正常工作了。至于开始为什么不能正常显示，我们分析，由于通电瞬间芯片内各门的信号输入是同时给的，输入和输出可能不相符，导致出现一些乱符号。随着脉冲的推移，各门电路开始进入正常的输入和输出。显示正常后我们发现绿灯和黄灯的亮度不够，查看分析后找到了原因，焊接处接触不良，于是再次进行了焊接。我们又对倒计时时间与准确时间对照，发现正常时间的50秒倒计时显示确实是50+0.5，即有0.5秒的误差。通过分析，这是由于脉冲发生电路里电容或电阻值称职与实际值有误差。测量电阻值发现实际电阻值与标称值相差无几。误差在允许的范围内。七、 总体设计电路八、 设计总结和体会从拿到电子模拟设计任务后，我们就开始对设计进行
12、讨论和查阅资料。进过了一个多星期的反复讨论和对电路的设计，最后我们成功设计出了这套电路。这套电路共10块芯片，这是在我们不断的改善电路后得到的芯片最少的电路，在电路中我们还发现只要再加上两个与非门就可以实现对人过马路的进行控制，应为当与人过马路平行的车道亮红灯或者黄灯时将不能让人过马路也就要亮红灯，当与人过马路平行的车道亮绿灯时方可允许人过马路，即人的信号灯要亮绿灯。由于设计中使用的是低电平亮灯，我们只要对车道的红灯和黄灯进行与来控制人过马路的红灯，而绿灯与车道的绿灯相同。此次设计我们一共有三名队员参加，我主要进行了电路的仿真和安装调试，做仿真让我了解了仿真软件的使用方法，安装和调试培养了我思
13、维的条理性和自身的耐性。通过这次设计还提高了我们的动手实践的能力，回想一下我们能成功做出实验真的不容易，而这得益于我们酝酿了足够的时间一步一步成功的。尽管我们努力去改善方案和电路设计，但由于能力有限，我们所限方案和电路设计可能不是最好的，但我们总算完成了任务，通过对这个电路的设计与制作，我体会到了数字电路给我们带来的乐趣，通过这次设计，一方面提高了我对数字芯片和电路的了解，另一方面也是我感觉到自身知识的不足，为此我要更加努力学习，真正掌握好数字电路和其他电子知识。最后，我在这里要感谢老师对我们的栽培和给了我们这次这么好的动手的机会。参考文献实物制作成绩（50分）课程设计报告成绩（40分）答辩成绩（10分）总成绩备注方案实物制作实物效果方案论证设计计算、绘图、元器件选型报告格式原理讲述问题回答
