简易交通信号灯控制器电子技术课程设计.doc

电子技术课程设计简易交通信号控制器电工与电子技术基础课程设计报告 题 目 简易交通信号控制器 学院（部） 汽车学院 专 业 汽车服务工程 班 级 2011220601 学生姓名 刘微 学 号 201122060104 6月 24 日至 6 月 27 日 共 一 周 指导教师（签字） 前 言 社会在飞速发展，交通也越来越便利，各式各样的马路，立交桥纵横交错，其中必不可少的就是交通信号灯。在繁忙的十字路口，红绿灯指示着各种车辆和行人的安全，使交通井然有序，无需交警，交通信号灯的自动控制是通过计算机来实现的。现在，我国的一些城市已经运用计算机自动控制了，市交警管理工作逐步自动化智能化。为了更了解信号灯自动控制的基本原理，学习利用数字电子技术设计并制作自动控制装置的方法。可编程逻辑器件的大量应用，传统74系列标准逻辑器件在应用系统的设计中应用越来越小，但是数字电子技术作为理论基础原理并没有改变。因此，基本单元电路，基本功能模块及基本的分析方法仍然是本次设计的基本内容，本次设计主要是简易交通灯控制。这将有利于学生更好的掌握数字电路的设计方法，将数字电路和模拟电路融会贯通，提高解决实际问题的能力，同时也为更好的熟悉计算机和运用各程序打下良好基础。17 目 录摘要1一、方案论证与选择1二、系统概述21、原理框图2 2、简要分析2三、单元电路设计及功能说明3 1、秒脉冲产生模块3 2、分频模块4 3、控制模块6 4、计数和显示模块8四、系统仿真9五、系统综述11简易交通指示灯总电路图12编后语12元器件明细表14参考文献14简易交通信号灯控制器摘要 在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄。绿交通灯的状态转换的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。关键字：交通信号灯 控制器 课程设计 数字电路技术 计数器 寄存器 任务设计与要求1.定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；2.每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；3.分别用红、黄、绿发光二极管表示信号灯；4.设计计时显示电路。一、方案论证与选择提出方案 方案一：十字路口车辆通行情况只可能有4种情况，可以依次用s0=00,s1=01,s2=10,s3=11,l来记忆交通灯的工作情况。分别对这四种情况进行编码，得到转换图，显然这是一个四进制计数器，可以采用j-k触发器74ls107来构成，控制电路。方案二：采用555多谐振荡器来产生t=1s的cp脉冲，然后分主干道和支干道两路，每一路的原理都相同，由一个双向移位寄存器74ls194的输出来实现状态控制电路。通过它的移位来实现红、黄、绿灯的转换以及计数电路的工作状态；采用十进制可逆计数器74ls190的级联来实现灯的倒计时计数；采用七段数码显示译码器7447芯片和数码管来实现数字显示。方案三：采用555多谐振荡器来产生t=1s的cp脉冲，用异步二-五-十进制计数器实现5分频的功能，从而减少控制状态；采用移位寄存器74ls164芯片的输出与计数电路的逻辑关系来实现红、黄、绿灯的状态转换；采用十进制可逆计数器74ls190级联来实现灯的倒计时计数；采用七段数码显示数码管dcd hex来实现数字显示。方案选择 本次设计我们采用方案三。方案一中的原件不是很清楚，不能灵活运用和掌握，操作起来有难度；而对于方案二中的74ls194，要想实现红、黄、绿灯的转换；需要通过控制74ls194的s1、s0的状态来实现置数、保持、右移，而这三种状态的转换不易实现，相较而言，方案三最适合我们的要求。二、系统概述1、通过分析系统的逻辑功能，画出其原理框图如图1交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要有秒脉冲发生器，分频器，控制器，计数器及倒计时显示电路组成。秒脉冲发生器是该系统中控制器的标准时钟信号源。控制器是系统的主要部分。有它来控制计数电路工作。主干道计时显示计数模块主干道灯秒脉冲发生模块控制模块分频模块支干道计时显示 支干道灯计数模块 图12、分析(1)、主干道绿灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔45s时，转到下一个工作状态。（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。支干道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔5s时，转到下一个工作状态。（3）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。主干道禁止通行，支干道的黄灯亮足规定时间间隔的5s时转到下一个状态。（4）、主干道红灯亮，支干道绿灯亮。主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔25s时，电路有转到第一种工作状态。交通灯的以上四种状态是由控制器的移位寄存器74ls164芯片和一些门电路来进行控制的，具体介绍见后续控制器功能说明。三、单元电路设计及功能说明1、秒脉冲产生模块秒脉冲发生电路时由555定时器构成的多谐振荡器。因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器且对信号的精度要求不高，故选用555定时器构成。如图2所示555定时器周期计算：t1（r1r2）cln2=0.7(r1r2）ct2=r2cln2=0.7r2ct=t1+t2=(r1+2r2)cln2=0.7(r1+2r2)c555定时器组成的秒脉冲cp的周期为1s，即t=1，所以可设置参数r1=28.86k r2=57.72k c=10uf cf=10uf图22、分频模块通过芯片74ls290实现其功能。74ls290介绍下：74ls290是异步二-五-十进制计数器。其逻辑电路图、引脚图和逻辑符号如图所示(a)、 (b)、(c)所示。它有一个二进制计数器和五进制计数器组成。若以cp0为计数输入端、q0为输出端，则得到一个二进制计数器；若以cp1为输入端，q3q2q1为输出端，则得到异步五进制计数器；将cp1与q0相连并以cp0为时钟脉冲输入端，则得到以一个十进制计数器。有两个清零端r0(1）、r0(2），两个置9控制端s9(1) 、s9(2)。当s9(1) = s9(2)=1时，r0(1）= r0(2），=0时，计数器输出将被置9，其功能表如表1。复位输入置数输入 时 钟 输 出r0(1） r0(2）s9(1) s9(2) cp0 cp1 q3 q2 q1 q0 1 1 1 1 x 0 0 x 1 x x 0 1 1 1 1 x x x x x x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1r0(1）r0(2）=0s9(1）s9(2）=0 cp x x cp cp q0 q3 cp 二进制计数器 五进制计数器 十进制计数器（8421码） 十进制计数器（5421码）表174ls290的逻辑电路如图3所示：图3本电路只用五进制计数，将秒脉冲产生的cp给cp1,输出端的变化如表2，根据q3的变化。所以将q3的输出作为控制器的cp脉冲。 q3 q2 q1 q0r0(1）r0(2）=0s9(1）s9(2）=0cp 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0分频模块如图4：表2：图43、控制模块控制电路：采用移位寄存器74ls164芯片和一些门电路来实现红、黄、绿灯的状态转换；74ls164功能介绍：8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（dsa 或 dsb）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟 (cp) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 q0， q0 是两个数据输入端（dsa和 dsb）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (mr) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。其逻辑图及引脚图如图5，图6. 图5 图6a1，a2分别表示主干道和支干道的红灯,b1，b2分别表示主干道和支干道的绿灯c1，c2分别表示主干道和支干道的黄灯.则得真值表如表3：q0 q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7a1 b1 c1a2 b2 c2 45s0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 1 1 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 0 0 01 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 10 1 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 01 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 5s0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 025s0 0 1 1 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 5s0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 表3由此真值表的如下关系：a1=q1q7 b1=q7+q0 c1=q0q1 a2=q7+q1 b2=q1q6 c2=q6q7控制器的电路如图7所示：图74、计数和显示模块采用十进制可逆计数器74ls190来实现灯的倒计时计数；主干道和支干道的计数原理相同。74ls190介绍如下： 74ls190是十进制可加可减计数器。预置是异步的。当置入控制端（ld）为低电平时，不管时钟cp的状态如何，输出端q0q3即可预置成与输入端d0d3相一致的状态。而它的计数是同步的，靠cp加在四个触发器上实现，当计数控制端ct为低电平，在cp上升沿作用q0q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（u/d）为低电平进行加计数。当计数方式控制（u/d）为高电平进行减计数。只有在cp为高电平时ct和u/d才可以跳变。190有超前进位功能。当计数溢出时，进位/借位输出端co/bo输出一个低电平脉冲，其宽度为cp脉冲周期的高电平脉冲。行波时钟输出端rc输出一个宽度等于cp脉冲周期的低电平脉冲。利用rc可级联成n位同步计数器，当采用并行cp控制时，则将rc接到后一级的ct；当采用并行ct控制时，则将rc接到后一级的cp. 图8 图974190与指示灯控制端真值表如下：主干道支干道绿黄红高位片h g f e低位片d c b a绿黄红高位片h g f e低位片d c b a1000 1 0 00 1 0 10010 1 0 10 0 0 00100 0 0 00 1 0 11000 0 1 00 1 0 10010 0 1 10 0 0 00100 0 0 00 1 0 1表4通过对应逻辑关系实现74190置数功能。采用两片74ls190级联来实现45s及其他倒计时电路，电路原理图如图所示图10显示电路采用七段带译码数码显示dcd_hex来实现数字显示。七段数码显示dcd hex具有4位输入端，是共阴极七段显示。 只需按从左到右按高位到低位连接即可。如图10所示图10四、系统仿真通过multisim软件仿真，得如下结果1 主干道绿灯，支干道红灯状态图112 主干道黄灯，支干道红灯状态图123 主干道红灯，支干道绿灯状态图13 4 主干道红灯，支干道黄灯状态图14五、系统综述所设计系统通过将555多谐振荡器产生的秒脉冲用74290五分频后实现对移位寄存器74164的控制，再将八位寄存器74164通过非门接成十六位扭环形移位寄存器，得到十六种均匀的输出状态，将其不同输出状态通过逻辑门得到红绿灯的工作状态，同时可以根据红绿灯的工作状态转化为数码管所需显示时间，通过计时显示电路实现数码显示功能。而计时电路通过十进制加减可逆计数器74190的减法计数功能得以实现。 简易交通信号灯控制器总电路图图15编后语总结、收获与体会电工与电子技术课程设计实践周，是以学生自己动手动脑，它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。我们的任务是设计一个简易交通信号灯控制器，尽管这个在理论上来讲并不是很难，但是实际设计的时候，我们还是遇到了不小的难题。首先，虽然课本上有相关电路的知识，老师也给我们讲过这方面的知识，但是，真正遇到让我们自己设计一个，一切从零控制器开始时，我们就有点茫然不知所措了。书到用时方恨少，我们深深体会到了课堂上所学知识的局限性。对于一些电子元件的选择，电路的连接，电路图的绘制等等方面，我们一开始都没法下手。后来，我们通过查阅资料，通过网络的范本，慢慢地了解、认识，最终完成了这份课程设计。通过这次设计，我的体会主要有以下几点。第一、课本知识的局限性。我们课堂上所学的知识只是限于理论上的，但是实际应用起来，有很多问题需要考虑，因此，必须通过各种方法来了解这些细节问题。第二、平时要保持良好的学习习惯和学习态度。这次设计充分地暴露了我们电工技术知识的不足。因此，平常我们学习的时候，不应该局限于课堂知识，而应该广泛地涉略，时刻保持良好的学习积极性和心态。第三、要学习一些实用软件。本次设计需要画电路图，我们由于不会使用protel 和protues，所以画电路图很麻烦。平常，我们应该多学习这类实际应用型的软件，这对于日后发展都是有很大作用的。这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固在此次课程设计中，对于简易交通指示灯，我们采用的方案也许不是最佳的，但是是我们努力的成果。我们的方案存在的缺点有电路比较复杂，用的芯片比较多。在计数电路和显示电路方面也以用更方便的集成电路来替代，但由于时间紧迫，我们没有完成。本次课程设计促使我们开动脑筋想出自己的方案, 巩固和加强“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程的理论知识。不仅使我们知道课本上知识的原理,也使得我们对各种方案有进一步的理解并进行选择。在做设计之前我们在图书馆找了大量的资料，并从中得到启发进一步得出自己的总体方案，我们对方案进行了分块，对单元电路也做了详细的介绍。同时我们也进一步熟悉并掌握了multisim软件的应用，对所设计电路进行了仿真，由于时间的限制在设计的某些方面设计的还不理想。在这次设计中，我初步把数电知识理论与实践联系起来，使我所学的数字逻辑知识得到了的一定程度的运用。也培养了我对数电的学习兴趣。同时也让我们团队合作的重要性。很喜欢这样上课,可以锻炼自己各个方面的能力,希望以后有更多这样的实训机会,最好是走出校园的实训。问题与反思：本次课程设