交通灯控制电路.doc

电子技术电子技术 课程设计报告课程设计报告 学学 院 院 工程学院工程学院 专专 业 业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级 级 电气电气 0902 姓姓 名 名 史瑞史瑞 学学 号 号 220090602 指导教师 指导教师 韩翠霞韩翠霞 20 11 年年 12 月月 23 日日 1 目目 录录 1 1 课程设计目的课程设计目的 2 2 2 2 课程设计任务和要求课程设计任务和要求 2 2 3 3 设计内容设计内容 2 2 3 1 方案及选择说明 2 3 2 控制分析 3 4 4 元器件清单元器件清单 10 10 5 5 设计总结设计总结 11 11 6 6 参考书目参考书目 11 11 2 1 1 课程设计目的课程设计目的 1 结合所学的电子电路的理论知识完成电子技术课程设计 2 通过该设计学会并掌握常用电子元器件的选择和使用方法 3 提高自己综合分析问题和解决问题的能力 2 2 课程设计任务和要求课程设计任务和要求 2 1 课程设计任务 随着社会的进步 工业进程的不断加深 汽车作为最方便的交通工具已经 进入了万千普通家庭 在他带来方便的同时也产生了许多问题 尤其是它造成 的城市交通堵塞问题很严重 为了有效地指挥城市交通 减少交通事故的发生 利用数字逻辑电路设计的红绿灯可以有效地指挥城市交通 减少交通事故的发 生 采用数字电路队交通灯控制电路 提出使用交通灯控制电路用数字信号自 动控制十字路口用两组红黄绿交通灯的状态转换方法 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 本次课程设计能用来完成交通信号灯 的自动化控制电路 2 2 课程设计要求 1 设计交通信号灯自动控制电路 要求东西方向以及南北方向两条交叉道路上 的车辆能够交替通行 东西方向和南北方向上的通行时间都是 20s 即绿灯 亮灯时间为 20s 2 交通灯工作在白天时 要求每次绿灯变为红灯的时候都有 4s 的黄灯亮 作 为过渡 交通灯自动控制电路按照下面的模式进行循环运行 3 交通灯工作在夜间时 要求东西方向以及南北方向的黄灯每秒钟都闪烁一次 4 交通灯的选择 我们分别用红黄绿发光二极管作为信号灯 来进行模拟试验 5 设计驱动以及模拟显示电路 6 设计直流稳压电源电路 要求将 220V 的交流电设计成为 5V 的直流稳压电 源 7 设计脉冲电路 用分频器将 1 秒脉冲进行分频 8 根据白天 夜间不同工作模式 将电路设计成为一个能够变换白天 夜间两 种工作状态的电路 3 3 课程设计报告内容课程设计报告内容 3 1 方案选择及说明 3 1 十字路口交通拥挤 车辆多 有南北 东西两条道路回合 在每个入口处设 置红黄绿信号灯 2 白天的时候由于车辆较多 东西方向道路亮绿灯或黄灯时 南北方向的亮 红灯 南北方向的亮绿灯或黄灯时 东西方向亮红灯 3 东西和南北方向两条道路上的车辆行人交替允许通过 东西南北方向亮绿 灯的时间都是 20s 绿灯变红灯时中间有一段过渡过程是黄灯亮 4s 钟 而 且每秒闪一次 4 在夜晚 由于车辆行人较少 东西南北方向的交通灯只有黄灯亮 红灯和 绿灯都熄灭 而且黄灯每秒钟闪一次 其整体框图如图 1 所示 图 1 整体构架电路框图 3 2 控制分析 交通信号灯的控制电路主要是要求能实现十字路口红绿灯的控制 十字 路口有南北和东西两条路 在每一个交叉路口都需要红绿灯指挥交通 红绿灯 主要通过自身的状态和精确的时间间隔内转换状态的顺序 白天红绿灯正常工作时 当南北方向的绿灯亮时 东西方向的红灯亮 并 且保持 5 个时间单位 5t 20s 当南北方向的黄灯亮时 东西方向的红灯亮 并且保持一个时间单位 t 4s 当南北方向红灯亮时 东西方向绿灯亮时 4 保持 5 个时间单位 5t 20s 当南北方向红灯亮 东西方向黄灯亮时 保持 1 个时间单位 t 4s 并且依次循环 在夜间 车辆行人已相对较少 不用让红绿灯都像白天那样工作 只需黄 灯 间隔 1s 闪一次 这个控制可以通过一个开关控制白天和夜间工作状态的转换 在夜间无论是东西走向还是南北走向 只让黄灯工作 红绿灯用红 绿 黄灯分 别用红绿黄发光二极管实现 当发光二极管中的电流达到点亮电流时 灯就被点 亮了 当达不到点亮电流时 该灯就成熄灭状态 单相交流电 220V 经电源变压器后 经整流滤波稳压产生 5V 定时器构成的 多谐振荡器为电路需要脉冲的芯片和电路提供 1s 脉冲 而电路中需工 4s 脉 冲的部分是 1s 脉冲经过 74LS74 分频电路而得到的 其中 1s 脉搏冲供给黄 灯闪烁 4s 脉搏冲供给红灯和绿灯点亮 需要注意的是 4s 脉冲供给十二进 制环形计数器 74LS164 成为组合逻楫电路的时钟信号 它的输出 QF QZ 经 过相应的门电路控制 LED 而 LED 要想正常工作 发光需要控制 LED 的驱动电 路正常工作 LED 信号灯的两种工作情况 1 白天工作方式 开关打开 南北绿灯亮 东西红灯亮 20s 后南北 方向黄灯按秒闪烁 东西方向红灯亮 4s 后 南北方向变为红灯 进入下一个 循环状态 重复上述变化 2 夜间工作方式 开关闭合 东西南北四个方向都是黄灯按秒闪烁 红灯和绿灯处于熄灭状态 3 3 各单元电路的工作原理 一 时序电路和组合逻辑电路 白天的工作方式 寄存器类型 环形计数器 拟采用 74LS164 串行输入 并行输出移位寄存器 5 图 2 十二进制环形计数器电路图 图 3 74LS164 的引脚图 功能介绍 引出端符号 CLOCK 时钟输入端 CLEAR 同步清除输入端 低电平有效 A B 串行数据输入端 6 QA QH 输出端 表 1 状态表 根据状态表 我们不难列出东西方向和南北方向绿 黄 红灯的逻辑表达式 南北方向 绿 黄 红 东西方向 绿 黄 红 若考虑白天和夜间的情况则表达式可写成 南北方向 绿 黄 7 红 东西方向 绿 黄 红 信号灯东西方向的相同 也就是闪烁的颜色一样 南北方向点亮的颜色一 样 最初的表达式是 NSG NSY NSR EWG EWY EWR 是通过真值表中每一列为 1 的一行对应的 QA QB QC QD QE QF 的高低电平状态写出的 这样的式子太复杂 实际电路图若直接由最初表达式画出太复杂 所用元件过多 也不便于调试 要实现简单经济方便的要求 就需要进行化简 这里采用卡诺图的方式进行化 简 具体卡诺图如下 QDQEQF QAQBQC 000001011010110111101100 000100XXXXX 001XXXXXXXX 011XXXXXXXX 010XXXXXXXX 1001XXXXXXX 1111XXXXXX1 101XXXXXXXX 1001XXXXXXX 上图是 NSG 的卡诺图的化简方式 其他的也用类似的方法 主控电路通过最简单的与门 或门 非门来实现组合逻辑电路的控制 组合逻 辑电路的不同状态可以控制信号灯不同时段的状态 二 秒脉冲振荡器 我们已经学过用 555 定时器构成多谐振荡器 它是在施密特触发器的基础 上改进的 将 555 定时器的 QI1 和 QI2 连在一起 然后将 Q0 经 Rc 积分电路 接回输入端即可 后面我们将用这种方法 表 2 555 的功能表 8 脉冲振荡器可以通过改变电阻和电容的值来改变输出脉冲的周期 T T1 R1 R2 Cln2 T2 R2Cln2 T T1 T2 R1 R2 Cln2 图 3 555 构成的多谐振荡器的电路图 二 模拟显示及驱动电路 此电路设计时要求绿 黄红三种颜色的指示灯能显示点亮和熄灭两种状态 其中 LED 所加正 向电压为 1 5V 人眼可以看到三极管的电流为 10mA 20mA 此处选用三极管作为驱动电路 因为用三极管构成的驱动电路简单 而且有经 济 可靠 方便控制等优点 当没有信号输入时 Qi 0 三极管截止 此时 Ic 0 即发光二极管不亮 当有信号输入时 Qi 0 三极管处于饱和状态 Ic 0 发光二极管有电流通 过 与三极管的集电极和发射极形成通路 发光二极管点亮 9 图 4 电路图 四 直流稳压电源 电子设备中 一般都需要直流电源供电 本电路也同样需要直流稳压电源 单相交流电经过电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路转换成的稳定的 直流电压 本设计采用单相变压器和桥式整流电路以及电容波和 7805 三端稳压 其中 单相变压器为 220V 9V 集成的桥式整流电路 滤波电容选用 1000uF 25V 电解电 容 7805 能稳定的输出 5V 电压 单相交流电 220V 经电源变压器后得到 9V 电压 9V 电压为交流电 它经 桥式整流后变成直流电 再把直流电经滤波电容滤波 波形变得比以前平直 再经三端稳压器 7805 后得到平直的 5V 稳定电压 10 图 5 4 元器件清单 序号 元件名称型号 参数数目 1 14 脚 1c 座 7 只 2 8 脚 1c 座 1 只 3 三角管 9013 6 只 4 发光二极管红2 只 5 发光二极管黄2 只 6 发光二级管绿2 只 7 带锁开关 1 只 8 2 脚接插件 1 套 9 三端稳压集成电路 7805 1 片 10 整流桥 1 个 11 电解电容 1000uF 25V 1 个 12 电解电容 1uF 25V 1 个 13 电容 0 01uF 1 个 14 电阻 300K 1 个 15 电阻 5K 7 个 16 电阻 220 6 个 17 线路板 1 块 18 移位寄存器 74LS164 1 片 19 六倒相器 74LS04 1 片 20 2 输入四与门 74LS08 2 片 21 3 输入三与门 74LS11 1 片 22 2 输入四或门 74LS32 1 片 23 正沿触发双 d 型触发器 74LS74 1 片 24 集成电路 NE555 1 片 11 5 5 设计总结设计总结 紧张有趣的数电课程设计终于告一段落了 一周的时间 我完成了十字路 口交通信号灯的设计 设计过程中我遇到了许多意想不到的问题 感到了知识 的欠缺 无论是书本上的还是课外的 自己知识其实掌握了些皮毛而已 平时 课上学到的知识只是一些入门的知识 想要设计电路必须自己学习许多课外的 知识 能够顺利完成这次课程设计 离不开老师的辛勤指导和同学的热心帮助 在大家的帮助下 我克