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1、.南华大学电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目： 交通红绿灯 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名: 学 号:起迄日期:2013 年9月30日 20XX1月3日 指导教师:电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求包括原始数据、技术要求、工作要求等：一题目：交通红绿灯二目的：本实验设计目的是培养数字电路的能力,掌握交通信号灯控制电路的设计方法。三设计任务与指标： 应用模拟数字电子技术,设计一个十字路口交通管理器,其技术指标与要求如下：1主干道方向通行,支干道方向禁止通行,历时1min。2主干道方向禁止通行,支干道方向仍然禁止通行,历时10s。3主干道方向禁止通行,支干道方向通行,历
2、时1min。4主干道方向仍然禁止通行,支干道方向停车,历时10s。5之后又返回到第一步循环。设计要求：1针对题目的要求,查阅相关资料提出设计方案；2画出系统能表示各单元功能的整机原理框图；3设计相应的单元电路,说明电路的工作原理,并确定元器件的参数,要求有计算过程；4组装、制作印刷板实物,调试或仿真电路,记录调试过程,实验数据,并分析仿真结果；5写出设计说明书,内容包括方案选择、单元电路设计、元件选择、整体电路、电路工作原理,仿真结果分析等,并列出元器件清单；6绘制总的系统电路图和PCB图。2对课程设计成果的要求包括图表或实物等硬件要求：设计电路,安装调试或仿真,分析实验结果,并写出设计说明书
3、,语言流畅简洁,文字不得少于3500字。要求图纸布局合理,符合工程要求,使用Protel软件绘出原理图SCH和印制电路板,器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：1 康华光. 电子技术基础模拟部分第五版M. 北京：高等教育出版社,20062 康华光. 电子技术基础数字部分第五版M. 北京：高等教育出版社,20063 中国集成电路大全编写委员会. 中国集成电路大全集成运算放大器M. 北京：国防工业出版社,19854 孙梅生,李梅莺,徐搌英. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教育出版社,19895 彭介华. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教育出版社,19974课程设计工作进度计划：序号起
4、 迄 日 期工 作 内 容1明确设计任务,根据任务进行方案选择,画出系统框图。2对方案中的各部分进行单元电路的设计,参数计算和器件选择。完成单元电路的仿真。3将各部分连接,画出完整的系统原理电路图。完成仿真。4绘制电路原理图、PCB板、元器件装配图。调试电路5013.12.05201撰写、修改设计说明书。设计说明书定稿主指导教师日期： 20XX 9 月 30 日. 目录1 概述1 1.1 设计任务及指标1 1.2 总体设计1 1.3 仿真32 电路设计2.1 单元电路设计32.1.1 秒脉冲电路设计3 2.1.2定时器3 2.1.3 控制电路5 2.1.4 译码及显示电路7 2.2 总电路图及
5、实物图82.3 材料清单83 结论104 心得与体会105 参考文献116 附录12.1 概述1.1 设计任务及指标：设计十字路口的交通灯控制管理器要求如下：1主干道方向通行和支干道方向禁止通行,历时1min。 2主干道方向禁止通行和支干道方向仍然禁止通行,历时10s。 3主干道方向禁止通行和支干道方向通行,历时1min。4主干道方向仍然禁止通行和支干道方向停车,历时10s 之后又返回到第一步循环。 1.2 总体设计交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。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,译码器输出两组信号灯的控制
6、信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。图中： TL: 表示主道或支路车道绿灯亮的时间间隔为60秒,即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到,TL=1,否则,TL=0。 TY：表示黄灯亮的时间间隔为10秒。定时时间到,TY=1,否则,TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 图1-1 系统原理框图1主车道绿灯亮,支路车道红灯亮。表示主车道上的车辆允许通行,支路车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时,控制器发出状态信号ST,转到下一工作状态。 2支路车道黄灯亮,支路车道红灯亮。表示
7、主车道上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行,支路车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST,转到下一工作状态。 3主车道红灯亮,支路车道绿灯亮。表示主车道禁止通行,支路车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时,控制器发出状态转换信号ST,转到下一工作状态。 4主车道红灯亮,支路车道黄灯亮。表示主车道禁止通行,支路车道上位过县停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时,控制器发出状态转换信号ST,系统又转换到第1种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的
8、四种状态编码为00、01、11、10,并分别用S0、S1、S3、S2表示,则控制器的工作状态及功能如表1、2所示,控制器应送出甲、支路车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下表1-2规定： 表1-2 系统状态表控制状态信号灯状态车道运行状态时间S000甲绿、乙红主车道通行,支路车道禁止通行60sS101 甲黄、乙红主车道禁止通行,支路车道禁止通行10sS311甲红、乙绿主车道禁止通行,支路车道通行60sS210甲红,乙黄主车道禁止通行,支路车道禁止通行10s图1-2画出了控制器上述4种状态转换图： S4 S3 S1 S2 图1-2 交通灯状态转换图1.
9、3 仿真采用的是Multisim 10 File软件进行电路仿真,仿真电路图见附录图3-12 电路设计2.1 单元电路设计2.1.1 秒脉冲电路设计秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成,因为该电路的输出脉冲的周期T0.7C,若T=1s,令C=10f,R1=39K,那么R251K。取一固定电阻47K与一个5K的电位器想串联代替电阻R2。在调试电路时,调节电位器RP ,使输出脉冲周期为1s。 图2-1 秒脉冲信号发生器电路图2.1.2定时器 定时器由与系统秒脉冲由时钟脉冲产生器提供同步的计数器构成,要求计数器在状态信号ST作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从零开始进行增1计
10、数,向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器,它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160功能表如表2-1所示。 表中RD是低电平有效的同步清零输入端,LD是低电平有效才同步并行置数控制端,EP、ET是计 图1-3 交通灯的控制端,CO是进位输出端,D0D3是并行数据输入端,Q0Q 3是数据输出端。设计如图2-2表2-1 74ls160功能表CLK RD LD EP ET工作状态XXX 01111X0111 X X X X 0 1 X 0 1 1置零预置数 保持保持C=0 计数CLK 图2-1
11、 交通灯定时器其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。U01的11和14经过与非门后可得到10秒信号TY。.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时TY才得到一个低电平。U02的12和14相与后再与U01的11和14相与非得到60秒信号TL。由控制器发出的ST信号经非门控制两个74ls1060的置数,即相当于清零。2.1.3 控制电路控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的状态转换表,如表2-2所示。选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生 4种状态,控制器状态转换的条件为TL和TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时,如果TL 0,则控制器保持在00状态；如果,则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关,所以用无关项X表示。其余情况依次类推,就可以列出了状态转换信号ST。表2-2控制器状态转换表 根据上表可以推出状态方程和转换信号方程,其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与,其中1用原变量表示,0用反变量表示
