十字路口交通灯课程设计.doc

电子技术课程设计电子技术课程设计 课题 十字路口交通管理器 系 别 电气与电子工程系 专 业 自 动 化 姓 名 何 帆 学 号 092211219 河南城建学院 2012 年 6 月 20 日 1 成绩评定 一 指导教师评语一 指导教师评语 根据学生设计报告质量 答辩情况及其平时表现综合 评定 二 评分二 评分 设计报告评分答辩评分平时表现评分 评分项目 任务完成 情 况 20 分 课程设计 报告质量 40 分 表达情况 10 分 回答问题 情 况 10 分 工作态度与 纪律 10 分 独立工作 能力 10 分 合 计 100 分 得分 课程设计成绩评定 班级班级 姓名姓名 学号学号 成绩 成绩 分 折合等级分 折合等级 指导教师签字 年 月 日 2 设计任务书设计任务书 一一 设计目的设计目的 本课程设计是在前导验证性认知实验基础上 进行更高层次的命题设计 的实验 要求学生在教师指导下独立查阅资料 设计 安装和调试特定的功能 的电子电路 培养学生利用模拟 数字电路知识 解决电子线路中常见的实际 问题的能力 使学生积累实际电子制作经验 目的在于巩固基础 注重设计 培养技能 追求创新 走向实用 二二 设计要求设计要求 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 3s 3 主干道方向禁止通行 支干道方向通行 历时 30s 4 主干道方向仍然禁止通行 支干道方向禁止通行 历时 3s 之后又返回第一步循环 3 目目 录录 一一 交通灯设计原理交通灯设计原理 1 二二 单元电路的设计单元电路的设计 3 1 脉冲产生电路 脉冲产生电路 3 2 倒计时计数电路倒计时计数电路 4 3 状态控制电路状态控制电路 5 4 显示电路显示电路 6 三三 交通灯整体电路交通灯整体电路 8 四四 元件清单元件清单 10 五五 设计总结设计总结 11 六六 参考文献参考文献 12 1 一一 交通灯设计原理交通灯设计原理 交通灯控制系统的原理框图如图 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 译码器译码器输出两组信号灯的控制信号 经驱动电路后驱动信号灯工作 控制器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 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔 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 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 图图 1 1 交通灯控制系统原理框图交通灯控制系统原理框图 一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下 1 甲车道绿灯亮 乙车道红灯亮 表示甲车道上的车辆允许通行 乙车道 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 2 甲车道黄灯亮 乙车道红灯亮 表示甲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 乙车道禁止通行 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 甲车道红灯亮 乙车道黄灯亮 表示甲车道禁止通行 乙车道上的车 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 甲车道红灯亮 乙车道黄灯亮 表示甲车道禁止通行 乙车 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 工作状态及功能如下表所示 表表 1 1 控制器工作状态及其功能控制器工作状态及其功能 状态主干道支干道时间 s S0 00 绿灯亮 允许通行红灯亮 禁止通行 60 S1 01 黄灯亮 停 车红灯亮 禁止通行 3 S2 11 红灯亮 禁止通行绿灯亮 允许通行 30 S3 10 红灯亮 禁止通行黄灯亮 停 车 3 控制器应送出甲 乙车道红 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 并作如下规定 AG 1 甲车道绿灯亮 BG 1 乙车道绿灯亮 AY 1 甲车道黄灯亮 BY 1 乙车道黄灯亮 AR 1 甲车道红灯亮 BY 1 乙车道红灯亮 3 二二 单元电路的设计单元电路的设计 1 脉冲产生电路 脉冲产生电路 用 555 产生 电阻 电容 使用 555 定时器构成多谐振荡器 使得 f 1HZ 先将 555 定时器接成施密 特触发器的结构 即将 2 6 端并联 再与 RC 构成的充放电电路的串联点连接 将 7 端接到放电点 要使得 f 1HZ 所以可令 C 10uF CRRCRR f 2 43 1 2ln 2 1 2121 0 15K 68K 将数据代入到公式可得 f 约等于 1HZ 1 R 2 R A1 555 VIRTUAL GND DIS OUTRST VCC THR CON TRI R1 1k R2 1k C1 10nF C2 10 F VCC 5V XSC1 A B Ext Trig 图 3 一秒脉冲发生器 1 功能说明 秒脉冲发生电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分 因为数字 电路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作 根据应用场合的不同 不同 数字电路选择使用不同类型的时钟发生器 因为交通灯控制系统的秒信号 精度不高 故选用 555 定时器 2 所需器件 4 555 芯片一个 15K 68K 电阻各一个 1 R 2 R C 10uF 电容一个 2 倒计时计数电路倒计时计数电路 1 功能说明 倒计时计数电路主要由计数器构成 它在整个系统设计中的作用是实现计 时计数 在此我选用减法计数器 因为本设计说明计时时间可预设 所以需要 可预置数的计数器 综合以上要求 采用 74LS192 当交通灯控制系统开始工作时 该部分电路将实现各种状态的转换功能 首先 将数码管显示一路绿灯的预值 63 秒 预值 0110 0011 当其减到 3 时 计数器产生借位 此时绿灯灭 直到此绿灯再次亮时 重复上述转换功 能 实现倒计时计数 将绿灯的输出接到芯片的 LD 端 实现倒计时计数 CR 端置 0 CPD 接 1HZ 的脉冲信号 Q3 Q2 Q1 Q0 端分别接显示 74LS48 的 A3 A2 A1 A0 端 2 所需器件 5 74LS192 计数器 3 芯片引脚图 3 状态控制电路状态控制电路 1 功能说明 74160 为同步十进制计数器 由于一片计数器不能满足要求 故我们选择 两片 74160 串联 构成百进制计数器 当 EP 1 ET 1 RD 1 LD 1 计数 6 器随脉冲信号从 0 开始计数 将输出信号端通过一个与门相接 接到绿灯 1 当计数器计到 59 时 送给黄灯一脉冲 当计数器为 62 时 送给红灯脉冲 然 后 红黄绿灯获得脉冲信号后 倒计时器开始工作 分别计时相应的秒数 2 所需器件 74160 同步十进制计数器 4 显示电路显示电路 1 功能说明 74LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器 它具有集电极开路输 出结构 可以直接驱动共阴极数码管 因此 我选用 74LS48 来实现此部分功能 将 74LS48 的 4 个输入端 A3 A2 A1 A0 分别与计数器 74LS192 的输出端 Q3 Q2 Q1 Q0 相接 再将它的 7 个输出端接到数码管对应的引脚上 用来控 7 制七段 LED 显示器的 7 个发光段 通过各芯片的综合使用 来实现显示功能 2 所需器件 4LS48 七段数码管译码器驱动器 LED 数码显示器 3 芯片引脚图 8 三三 交通灯整体电路交通灯整体电路 9 10 四四 元件清单元件清单 元件数量 同步十进制计数器 741602 片 计数器 74LS1924 片 74LS48 4 片 555 芯片4 个 LED 二极管 4 个 与门 与非门 或门 或非门 非门 若干 电阻 电容若干 11 五五 设计总结设计总结 通过分析交通灯控制系统的要求可知 整个系统主要由秒脉冲信号发生 器 定时器 控制器 译码显示器构成 其中 秒脉冲信号发生器是主要 由 555 芯片 倒计时计数电路主要由同步十进制计数器74LS192 构成 控 制电路主要由同步十进制计数器 74160 构成 显示电路主要由 74LS48 七段数 码管译码器驱动器和 LED 数码显示器组成 通过这次课程设计 加强了我动手 思考和解决问题的能力 电路原理和 连接 和芯片上的选择 也略懂 在设计电路之初应该根据电路所需要达到的功 能和效果来构建初步的逻辑框图 然后再进一步完善逻辑框图 之后根据逻辑 框图来分部分思考电路 实现电路 在实现电路的过程中也应该结合实际情况 在实现的同时 比较各种能实现这部分功能的电路 择优选择 最后将各个部 分连接起来 在这次实践中 加强了对各种元器件的认识比如 74LS192 的引脚图 还有 如何利用 555 芯片产生秒脉冲 计