电工与电子技术课程设计-简易交通信号灯控制器.doc

长 安 大 学电 子 技 术 课 程 设 计设计题目：简易交通信号灯控制器专 业 汽车运用工程工程 班 级 2013220501 姓 名 王雨晴 指导教师 日 期 2015-6 目 录 一、课题名称与技术要求二、摘要三、总体设计方案论证及选择四、设计方案的原理框图、总体电路图、接线图及说明五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算六、收获与体会、存在的问题七、参考文献八、附件（元件材料清单）一、课题名称与技术要求1、 课题名称：简易交通信号灯控制器2、 主要技术指标和要求：（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、绿色发光二级管表示信号灯；二、摘要 交通运输是国家经济发展的动力，日常出行也是我们生活中不可或缺的一部分。确保道路交通顺畅与安全的重要性不言而喻。在确保十字路口的交通秩序工作中，信号灯扮演了极其重要的角色。交通信号控制系统是用来自动控制十字路口红黄绿三色的电子系统。 交通灯简易交通信号灯控制器利用555秒脉冲发生器提供秒脉冲信号,通过cp输入。主控制器由一块74ls161组成一个16进制计数器，分别在45s,50s,75s,80s,通过驱动控制装置来控制主干道与支干道中绿、黄、红发光二极管的亮灭及其持续时间，从而实现对主干道与支干道交通信号的控制。三、总体设计方案论证及选择方案一：十字路口每个方向的绿、黄、红灯所亮的时间比例分别为9：1：5，所以，可以选择计数器为5s的脉冲。因为每5s一个时间单位，所以计数器的工作循环为16，应选择一个十六进制的计数器来控制，故选择74ls161四位异步二进制计数器，再加上相应控制器来配合，达到计数器分别在9、10、15、16翻转的目的。 方案二：本方案主要由主控制电路和秒脉冲发生器组成，其中主控制电路包括：主控制器、清零装置、驱动装置、信号灯装置及一些逻辑门。主控制器中采用两块74ls290二-五-十进制来实现八十进制计数器。秒脉冲发生器由555秒脉冲发生器负责提供脉冲信号。接通电源瞬间，清零装置将主控制器清零，紧接着，主干道绿灯和支干道红灯打开，其余主、支道灯关闭。秒脉冲传送到控制器，主控制电路在45s到，50s到，75s到，80s到分别产生翻转信号，从而改变 主、支道绿、黄、红灯的开闭持续时间，继而实现交通信号灯控制。 方案三：十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。 经过比较，我选择方案一，因为方案一比较容易理解设计思路比较清晰，主控制器用的是十六进制74ls161计数器，该元件在电工实验中使用过，比较熟悉，比案二、三更容易实现。而方案三中器件我不太熟悉，所以最终我们选方案一。四、设计方案的原理框图、总体电路图、接线图及说明 1、设计方案原理框图（图1） 2、设计方案总体电路图（图2）次干道红绿灯主干道红绿灯主控制器组合逻辑电路计数器（十六进制）脉冲信号（t=5s）jk触发器 图1. 设计方案原理框图 a0 a1 a2 a3 ep et ld rdvcc=5v74ls161cp555定时器脉冲信号发生器51483762470uf q3 q2 q1 q0 &jk触发器cp &jk触发器cp &jk触发器cp &jk触发器cp绿1 黄1 红1 黄2红2jk触发器绿2 k j k j k j k j j k 低电平清零信号1 图2. 总体电路图（*说明：jk触发器的k端悬空代表高电平，且jk触发器为下降沿触发。红1、黄1、绿1表示主干道信号灯，红2、黄2、绿2表示次干道信号灯。工作前rd端先接低电平清零。） 3、电路原理简要说明：电路的脉冲信号由cb555定时器组成的多谐振荡器外接上合适的电容c和电阻r组成，可以产生t=5s的矩形波，该信号输入计数器74ls161（十六进制计数器）进行计数并通过q3q2q1q0输出二进制数。在组合逻辑电路作用下分别在0（0s）、9(5*9=45s)、10(5*10=50s)、15(5*15=75s)时对jk触发器进行触发（或置零）使相应二极管发光，实现信号灯的功能。五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算vcc 1、脉冲信号发生电路： u0 图3. cb555定时器电路 470uf图4. cb555定时器接线图 按照图4.接好电路，可知脉冲信号周期 t=tp1+tp2=ln2(r1+2r2)c 令t=5s，则可取r1=r2=5.1k c=470uf.将r1=r2=5.1k，c=470uf按要求接入电路，在u0端即可输出t=5s的矩形脉冲波。2、十六进制计数器电路： 图5. 计数器接线图 图6. 74ls161管脚图 将脉冲信号发生器产生的脉冲信号接在cp端，置数端接地，ep、et、ld、rd端均接高电平，在q3q2q1q0端即可得到0-15的二进制编码，实现对矩形脉冲的计数。3、组合逻辑电路功能分析与电路设计： （1）根据设计要求与实际情况可得到信号灯的逻辑状态图和逻辑电路图： 时间0-45s45-50s50-75s75-80s主干道信号灯红0011黄0100绿1000次干道 信号灯红1100黄0001绿0010*0代表灯灭，1代表灯亮 表1. 信号灯的逻辑状态图 图7. 组合逻辑电路图（2）组合逻辑电路的功能分析： 首先，定时器产生的矩形方波（t=5s）经计数器统计后在输出端q3q2q1q0 形成二进制数从0000到1111循环，每个数字间间隔5s，当q3q2q1q0 =0000时，与非门输出低电平触发jk触发器使绿灯变亮，并保持。当q3q2q1q0 =1001时，与非门输出低电平触发jk触发器使黄灯变亮，同时，与非门的输出端使触发器的j处于低电平将触发器强制置零，使绿灯1熄灭。其他灯的亮与灭的实现方法与此相同：q3q2q1q0 使触发器翻转，下一个与门对上一个触发器置零，使各个灯按要求点亮和熄灭。 由于主干道和次干道上灯的状态有一定关系，可将次干道上的信号灯与主干道上相应的灯连接，以简化电路。 （3）jk触发器的逻辑状态表：j kqnqn+1功能0 010qn保持0 1100置01 0101置11 110qn计数4、jk触发器和信号灯电路74ls112由两个jk触发器集成： 图8. 信号灯显示电路 图9. 74ls112管脚图 jk触发器在组合逻辑电路的触发（或置零）下输出信号0、1，控制信号灯的亮与灭。六、收获与体会、存在的问题1、课程设计体会：电工与电子课程设计能让我们综合运用所学知识来判断，分析，解决问题。在这次设计过程中，我们遇到好多以前没见多问题，经过这一周的课程设计，使我对课本知识有了新的认识和掌握，更让我学到了许多课本上学不到的知识。学会了如何从实际出发分析问题，解决问题，以及合作的重要性。同时我们也认识到在解决实际问题时一定要谨慎、细心抓住主要问题一丝不苟的深入研究，这样才能更快的解决问题。在设计电路，解决问题时，仅仅靠课本上的知识是不够的，我们还要到图书馆和互联网上查阅资料。这次课程设计让我们将知识在实践中亲自应用，给了我们思考的机会，获益匪浅。由于我们的时间和水平都很有限，设计中不当和欠缺之处在所难免，望老师及其他同学批评指正。2、存在问题：本次课程设计中还存在着许多问题，比如：组合逻辑电路部分电路结构过于复杂、使用的电子元件过多等，我认为这于我们自身的设计经验不足，设计思路不够灵活，知识储备不够扎实有密切关系。只有在以后的学习中注重积累，善于发现问题，深入思考，才会有长足进步。七、参考文献 1、电工学（下册）电子