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1、唐山学院课程设计说明书唐 山 学 院电工与电子技术课 程 设 计 题 目 交通信号灯控制电路的设计与仿真 系 (部) 机电工程系 班 级 09机械设计制造及其自动化0班 姓 名 11111 学 号 11111111兵 指导教师 111 2012年2月27日至 3月2日 共1周2012年 3月 2 日电工与电子技术 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：交通信号灯控制电路的设计与仿真设计内容：1.信号灯白天工作要求某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时
2、间比例为5：1：6。从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。2.夜间工作方式南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。设计要求：（1）要求根据设计要求实现交通灯的现实功能（2）用Multisim进行仿真（3）最后要有设计说明书二、设计原始资料三极管、二极管，芯片、电容、电阻三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）课程设计说明书、仿真结果四、进程安排
3、周1 讲解整个设计要实现的功能，查阅相关资料，画出整体电路 周2、3进行仿真并调试周4 撰写课程设计任务书周5 课程设计答辩并交设计说明书五、主要参考资料1 付家才电子工程实践技术北京：北京工业出版社，20032 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，20013 阎石数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社，20094 丁润涛电子工程手册北京：机械工业出版社，1995指导教师（签名）：教研室主任（签名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（30分）设计成果（50分）仿真30分说明书20分总成绩（100分）提问（答辩）问
4、题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日目 录1 引言12 Multisim的简介33 设计过程43.1 总体设计要求43.2 控制电路的特点54 单元模块64.1 电源模块64.2 秒脉冲发生模块64.3 计数模块84.4 分频模块94.5 控制电路模块115 交通信号灯的仿真与调试145.1 电路的仿真145.2 交通灯完整功能的实现165.3 调试方法175.4 调试中出现的问题、原因分析及解决方法176 心得体会21参考文献22附录 器件明细表23附录 仿真原理图241 引言随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红黄绿三种标志）于1918年诞生。它是三色圆形
5、四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生使城市交通大为改善。 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一声冷汗。他反复琢磨，终于想到了在红绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红黄绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化，自动化上不断地更新，发展和完善。技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课
6、程。这门课程发展电子迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。随数字着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。同时也随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在
7、高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，本次设计完成的就是交通灯设计。以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。本系统由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分
8、组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，555定时器输出脉冲信号，译码器输出两组信号灯的控制信号，控制电路控制定时器和译码器的工作，驱动电路驱动六只三色LED工作。最后用电路仿真软件绘制出红绿灯的完整电路图。对电子技术的学习起到了良好的辅助作用。2 Multisim的简介EDA（电子设计自动化）技术是一门以计算机为工作平台进行电子产品自动化设计的技术，利用EDA工具，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出PCB版图的整个过程在计算机上自动完成。EDA的软件很多，其中Multisim是目前最为流行的电路仿真软件，是广大专业及业余电路设计人员及
9、在校大学生设计电路的得力工具。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综
10、合设计流程。Multisim 10通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路;通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为；借助高级电路分析, 理解基本设计特征；通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试；通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和
11、SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。3 设计过程交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。为了加强道路交通安全，减少事故的发生，提高道路的使用效率，交通信号灯的设计尤为必要，同时，设计交通信号灯所应用的知识涉及范围广，通过设计可以牢固掌握所学理论知识，有利于电子技术的学习，将理论与实际有机联系起来，有利于对电子器件的功能和作用有更深入，更形象的理解。交通信号灯控制系统是典型的数字电路控制系统，通过该系统的设计和仿真，我们可以得到数字及系统的综合训练。3.1 总体设计要求1 信号灯白天工作要求某方向绿灯点亮
12、20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟（白天点亮时的工作换灯流程图如图3-1所示）。2 夜间工作方式南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 5t南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮 1t南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮 1
13、t南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。图3-1 交通灯工作换灯流程图3.2 控制电路的特点从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。其整体电路框图如3-2图所示：东西信号灯南北信号灯组合逻辑电路十二进制计数器四分频器秒脉冲产生电路系统电源工作方式控制开关关图3-2 整体电路框图4 单元模块根据交通信号灯的工作方式，设计电路分为电源模块、秒脉冲发生模块、计数模块、分频模块和控制电路模块五部分，这五个模块的详细设计如下。4.1 电源模块信号灯采用三极管9031驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力，电源电压采用直流5V，通过变压器将市电降压到交流9V，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使
