十字路口交通灯的设计.doc

湖南商学院电子技术课程设计报告题目 交通灯信号灯控制器的设计姓 名:童体强学 号:080910125专 业:电子信息工程班 级:电信0804指导教师:周鲜成职 称:教授计算机与电子工程学院2010年6月目 录交通信号灯控制器的设计11 设计任务与要求11.1 设计任务11.2 设计要求12 总体方案设计12.1 详细设计思路12.2 电路原理方框图23 单元电路设计23.1 总电路图设计23.2 秒脉冲信号发生器设计33.3 定时器设计43.4 灯控电路设计43.5 时间显示电路64 安装与调试85 心得体会8参考文献9附录1 元器件清单10附录2 总电路图11课程设计评审表姓 名童体强学 院计算机与电子工程学院学 号080910125专业班级电信0804题 目交通信号灯控制器的设计评审意见评审成绩指导教师签名职称评审时间 年 月 日课程设计作品验收表题目交通信号灯控制器的设计参与人员姓 名童体强班 级电信0804班学 号080910125设计任务与要求任务：设计一个十字路口的一个干道上的交通灯控制器。要求：1、用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计一个十字路口的一个干道上的交通灯控制器。2、每次由绿灯转换为红灯时，黄灯先亮2秒，作为变换运行车道的过渡状态。3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。4、十字路口要有数字显示，作为时间倒计时的提示，以便人们直观的知道时间，为尽量减少交通事故的发生起到了一定的作用。作品完成情况：对电路进行仿真后，输出结果十分理想，得到了预期的要求，秒脉冲信号发生器产生频率1HZ的方波，减法计数器正常工作，灯控电路能良好控制红、绿、黄灯的转换，时间显示电路很好的配合信号灯的亮度时间，并以倒计时显示出来。验收情况： 验收教师签名：_ 年 月 日交通信号灯控制器的设计1 设计任务与要求（1）用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计一个十字路口的一个干道上的交通灯控制器。（2）每次由绿灯转换为红灯时，黄灯先亮2秒，作为变换运行车道的过渡状态。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。（4）十字路口要有数字显示，作为时间倒计时的提示，以便人们直观的知道时间，为尽量减少交通事故的发生起到了一定的作用。2 总体方案设计2.1 详细设计思路交通信号灯控制系统主要由四部分构成：秒脉冲信号发生器、定时器（减法计数器）、灯控电路及时间显示电路。采用NE555定时器构成秒脉冲信号发生器，产生频率为1HZ的脉冲信号，加到由74LS193减法计数器构成的定时器上，控制其在00001111十六种状态中变化，且从1111状态开始递减，对信号灯的工作状态进行计数。用3个74LS10三输入端与非门、7个74LS04非门、1个二输入端与非门、3个74LS08二输入端与门、三个发光二极管（红、黄、绿色各一个）控制绿、黄、红三灯的亮灭，组成灯控电路部分，信号灯的亮灭则根据定时器的输出状态的变化而做出相应的变化。最后由一个全加器74LS283加上显示译码器7448组成时间显示电路，其中74LS193的四个输出端Q0Q1Q2Q3分别接至全加器的A0A1A2A3端，另外4个输入端B0B1B2B3则由红绿黄三灯的状态确定，全加器的输出端S0S1S2S3分别接至7448的ABCD端,7448的输出端QaQbQcQdQeQfQg分别则接至七段译码显示管的abcdefg。2.2 电路原理方框图 根据要求与设计的目的，该交通灯信号控制器电路由四大部分构成，由思路分析可知其总原理方框图如下：灯显示电路灯控电路脉冲发生器减法计数器状态显示电路译码显示驱动时间显示电路图1 交通灯信号控制器电路原理方框图3 单元电路设计3.1 总电路图设计该电路的整体电路如总电路图所示，其由脉冲信号发生器、定时器、红黄绿三灯显示电路、时间显示电路四个部分组成。由脉冲信号发生器产生周期为1S的脉冲信号，加到74LS193的4端口。作为减计数脉冲信号输入，在此信号的作用下，74LS193从状态1111开始递减。从11111101时黄灯闪亮，从11001000时红灯亮，从01110000绿灯亮。在状态变化的过程中共阴极的半导体数码管也不断变化，当黄灯亮时，数码管显示2、1，红灯亮时，数码管显示8、7、6、5、4、3、2、1，绿灯亮时，数码管显示7、6、5、4、3、2、1。从而很好地实现灯显示和时间倒计时显示的功能，达到所需设计的要求。总电路图见附录2 。3.2 秒脉冲信号发生器设计脉冲信号发生器又可以称为多谐振荡器，主要由一个555定时器构成。555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，外加电阻、电容能极方便地构成触发器和振荡器。如图2所示连接555定时器，构成秒脉冲信号发生器电路。图2 秒脉冲信号发生器电路脉冲振荡器的周期： （1） 振荡频率： 通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。其占空比： 当C=10uF时，调节电位器，使得=R10=48k，代入（1）式，可以得到T=1s，在实际应用中，可以用R1=R2=47K代替，这就实现了周期为一秒的脉冲，由3引脚输出。3.3 定时器设计74LS193 是双时钟同步十六进制加/减计数器，其管脚分布如图2所示。当4脚端（down）有计数脉冲输入时，计数器做减法计数。将脉冲信号发生器输出的信号接入74LS193的4号引脚，使其根据脉冲信号开始减数，输出相应信号。具体解法应如下图3所示，DN端接到NE555的输出端3，输出端Q0Q1Q2Q3分别接到全加器74LS283的A0A1A2A3端，12、13端悬空即可。图3 定时器接法3.4 灯控电路设计Y、R、G与Q3-Q1的状态表如下：表2 R、G、Y与QD-QA的状态表Q31111111100000000Q21111000011110000Q11100110011001100Q01010101010101010Y100R010G001由此可以得到Y、R、G与Q0Q1Q2Q3的关系： 根据以上的逻辑关系式就可以连接成它的原理图。该图包含3个与非门74LS10，7个74LS04非门，1个74LS01与非门，3个74LS08与门，3个发光二极管(红色，黄色，绿色各一个)。图中用多个反相器的主要原因在于同时作为缓冲器使用，使输出电压达到高电平状态，使足以提供芯片的工作电流，电路图如下图13所示：图4 灯控电路原理图3.5 时间显示电路时间显示电路是由一个全加器74LS283再加上显示译码器构成，而显示译码器由一个驱动加一个数码管组成。74LS283是4位超前进位加法器，它可以通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号，而无需再从最低位开始向高位逐位传递进位信号了，这就有效地提高了运算速度。7448为BCD-七段显示译码器，它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码，并在数码管上显示出来。图所示为七段显示译码器7448的引脚图，输入A3 、A2 、 A1和 A0接收四位二进制码，输出ag为高电平有效，可直接驱动共阴极显示器，三个辅助控制端、，以增强器件的功能，扩大器件应用。电路原理图如下图6所示：图5 7448引脚图图6 显示译码器电路该译码显示电路的功能表如下：表3 时间显示电路功能表A3A2A1A0S3S2S1S0GYR11 110 010 0 1 011 1000011101000011000100 0 0 110110011101 0001010010001100000 0001110111 1 0 001100110010101010100010000110011001 0001 00001000100000000表7中的A3A2A1A0对应于74LS193的Q3Q2Q1Q0，也就是说，Q3接A3，Q2接A2，Q1接A1，Q0接A0。根据A3A2A1A0与B3B2B1B0的关系可以得出S3S2S1S0的值，A3A2A1A0 + B3B2B1B0= S3S2S1S0以下是R、Y、G与B3B2B1B0的关系：表4 红黄绿灯与A4A3A2A1的关系表 Y R G B3 B2 B1 B0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0由表4可以看出： B3=R，B2=0，B1=Y，B0= Y4 安装与调试首先对各元器件进行初步检测，以保证各元器件是好的，然后分别将各元器件一一对应的装入电路板。其次，分别安装连接各单元电路，并进行调试，保证各单元电路安装无误后，将所有单元电路连接起来。第三，总电路连接好之后，再接入清零开关。然后打开电源，闭合清零开关，对总电路进行调试好之后，断开清零开关，查看运行结果。5 心得体会通过这次对交通信号灯控制电路的设计与制作，让我对课程设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识,使我更加清楚了课本知识的重要性。在此次交通信号灯控制电路的设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体使用方法。在操作与仿真的时候有很多的问题，平时的学习与操作都不是很踏实。在连接进制的进位接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了，从而提高了自己检验并纠正错误的能力，为自己接下来的专业学习打好了基础，在成功完成设计的同时也增强了自信。通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，更让我懂得了学习的书本知识仔实际应用中的不足，以后的学习中更应该重视操作与动手能力的培养。只有亲手做，亲手体验才能更易巩固所学知识，尝到了将理论应用于实践的甜头，也认识到以后应更加重视理论和实践相结合，才能更好的学到知识。同时，课程设计也是培养我们耐心的一次动手操作实践的机会，在仿真中出现的错误，我们会认真的去找错误，并且去通过不断的查找与调试来完成任务，这个过程对我们的耐心有很大程度的提高，希望学校给更多的机会给我们，在以后的学习中，我们也会充分利用每次实践的机会提高自己的能力。参考文献1 阎石.数字电子技术基础M.第5版.高等教育出版社.2005年2 陈大钦.电子技术基础实验M.第3版.高等教育出版社.2008年3 梁宗善. 电子技术基础课程设计. 武汉：华中理工大学出版社.4 彭介华.电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社.附录1元器件申请表2010年6月23日姓名童体强指导老师周鲜成老师班级电信0804课题题目交通信号灯控制器的设计元器件清单序 号型号数目1NE555定时器1个274LS10三输入与非门1个374LS04非门2个47408二输入与