智能交通信号灯控制器设计报告.doc

电子技术 课程设计说明书题目： 智能交通信号灯控制器设计（A）学生姓名： 刘涛 学 号： 201006050219 院 （系）： 电气与信息工程学院 专 业： 电子科学与技术 指导教师： 戴庆瑜 2012 年 12 月 24 目 录1 选题背景211 指导思想212 方案论证213 基本设计任务214 发挥设计任务215电路特点32 电路设计32.1 总体方框图32.2 工作原理33 各主要电路及部件工作原理33.1 555单稳态触发电路43.2 CD4511简要说明53.374LS160/74LS16简要说明7 3.4 74LS04、74LS08、74LS20、74LS32简要说明8 4 原理总图105 元器件清单106 调试过程及测试数据（或者仿真结果）116.1 通电前检查116.2 通电检查116.2.1 按钮开关的检查116.2.2 74LS161清零模块的调试116.2.3 555脉冲电路的调试116.2.4 发光二极管的调试116.2.5 74LS04、74LS08、74LS20、74LS32的调试116.2.6按钮开关的检查116.3 结果分析127 小结128 设计体会及今后的改进意见128.1 体会128.2 本方案特点及存在的问题138.3 改进意见13参考文献13 正 文1 选题背景11 指导思想通过555单稳态触发器输入脉冲信号，采用十进制 74LS160计数器计数，以 74LS161 控制其亮灯状态，与、非门结合清零实现红黄绿灯三种不同周期的循环计数。 12方案论证方案一：用两片160并行连接计数，161控制计数器的清零。各种门电路控制主支干道灯的转换。特点：实际操作性强，电路简而易懂。方案二：用单片机技术来实现交通灯控制 用单片机技术来实现交通灯控制是最容易实现的，而且该电路可靠性也很高，但是这是要求设计者要有单片机变成的基础上才能完成设计。而这次设计主要是数字电路设计，因此第二种方案最切合设计要求，故选择方案二13基本设计任务设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。具体要求如下：（）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。（2）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。（3）主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。14 发挥设计任务（）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。可用逻辑开关 作主支干道检测车辆是否到来的的信号。 （）设置 45 秒、25 秒计时、5 秒计时显示电路。 15电路特点本次设计的电路主要有以下特点：1、思路简单，所用门电路少，充分将数电知识与设计相结合。2、可控制性强，由于采用161控制周期，比采用门电路的控制方法更科学，焊接时很容易一部分一部分测试，容易检查错误，而且方便修改周期或者增减周期。3、对于发挥部分控制性强，可以轻松做到控制主干道常亮。2 电路设计2.1 总体方框图定时 器主干道信号灯译码器控制器秒脉冲发生器支干道信号灯图2-1 总体方框图 2.2 工作原理本次设计的交通灯需要有三种时间周期，分别是45秒、25秒、5秒，利用两片74LS160 串联成 100 进制的计数电路，用一片74LS161 的 QA,QB 两个输出端的 00,01,10,11 四个输出状态配合部分门电路控制 160 的清零端，以此实现三种周期控制，同步161 的脉冲输入端同 160 清零端，在清零的同时改变 161 的输出，进入下一个计数周期3 各主要电路及部件工作原理3.1 555单稳态触发电路555定时器个引线端的用途如下：11端为接地线；22端为低电平触发端，也称为触发输入端。当2端的输入高电压高 于VCC/3时，C2输出为1；当输入电压低于VCC/3时，C2的输出为0，使基本触发器置1；33端U0为输出端；44端是复位端，当=0时，基本触发器直接置0，使Q=0，=1；53端UDD 为电压控制端，如果CO 端另加控制电压，则可以改变C1，C2的参考电压。工作中不使用CO 端时，一般都通过一个0.01uF的电容接地，以防旁路干扰；66端TH 为高电平触发端，当输入电压低于2VCC/3时，C1的输出为1；当输入电压高于2VCC/3时，C1的输出为0，使基本触发器置0，即Q0=0，=1，这时定时器输出U0=0；77端D为放电端。当基本触发器的=1时，放电晶体管T导通，外接电容元件通过T放电；88端VCC为电源端，可在4.3-1.6V范围内使用，若为CMOS电路，则VCC=3-18V。表7-1 555定时器功能表，它全面表示了555的基本功能。55定时器功能表图3-1NE555单稳态触发输出信号的时间参数为：T=Tw1+Tw2=(R1+R2)C*Ln2+R2C*Ln2 振荡频率f=1/T占空比Q=Tw1/(Tw1*Tw2)=(R1+R2/R1+2*R2)本次设计采用一秒脉冲.故R1=72K,R2=36K,C1=10uF,C2=104.周期T=1s3.2 CD4511简要说明图3-2-1 CD4511各引脚CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特 点：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉 电流。可直接驱动 LED 显示器。图3-2-2 CD4511功能图其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。3.3 74LS160/74LS161 简要说明图2-3 74LS160/161引脚图74LS160功能简介：当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。主控制电路主要是控制两干道的红、黄、绿灯的亮与灭，才能形成四种状态。即：令灯亮为“1”，灯灭为“0”，真值表如下表（三）所示：控制器状态B干道A干道Q2 Q1R灯 Y灯 G灯r灯 y灯 g灯 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 01 0 01 01 0 00 1 01 1 1 0 0 0 0 1表（三）由上可以得出各个灯的逻辑表达式R=Q2Y=G=r=+y=g=3.374LS04、74LS08、74LS20、74LS32简要说明 74LS04，六反相器，管脚图如附图： 74LS08双输入四与门，管脚图与真值表：74LS020 四输入两与门，管脚图74LS32 双输入四或门，管脚图如附图：4 原理总图图2-2 智能交通灯工作原理图5 元器件清单表格5-1 器件名称型号数量（个）器件名称型号数量（个）数码管DCD_HEX_DIG_GREE2驱动器CD45112计数器74LS1602计数器74LS1611脉冲发生器555脉冲触发1非门74LS041两脚与门74LS1082四角与门74LS202或门74LS321电阻33020电阻72K1电阻361电容10Uf1电容1041发光二极管红2发光二极管绿2发光二极管黄26 调试过程及测试数据（或者仿真结果）为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。6.1 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。6.2 通电检查6.2.1按钮开关的检查首先将脉冲和160计数与显示模块断开，给电路两端接5伏直流电压，并接1秒脉冲。理论上显示器显示正确循环时间。6.2.161清零模块的调试将161模块与160之间的电路连接起来，并给电路两端接5伏直流电压，接1秒脉冲。理论上系统在显示45s、25s、5s后会自动清零，重新显示。6.2.3 555脉冲电路的调试断开其他单元，将R1，R2，C按照多谢振荡器接法与555连接，利用示波器观察电路输 出波形6.2.4发光二极管的调试未接电源时，万用表打到电阻档上，分别以正反方向测试二极管两端电阻，观察万用 表显示电阻，一个方向电阻为 0，另一个电阻很大，则二极管完好，并将二极管正确接入电路。6.2.5 74LS04、74LS08、74LS20、74LS32的调试利用TTL特性，悬空输入为1，断开电路其他部分，只提供工作电压，用万用表测量与 门输入端，再将其中任意一个输入接地，再次测量，输入为0。6.2.6 按钮开关的检查 首先将按钮开关和其他电路模块断开，只留按钮开关部分。其次，给电路两端接5伏 直流电压。理论上对于单刀双掷按钮开关断开状态只有两个引脚会导通，当按下开关，公 共端会和另外一个引脚导通，用数字万用表测量电压判断公共端。6.3 结果分析当按钮开关 A、B 都断开表示支干道两个方向都没有车辆的时候，电路进入主干道常 亮阶段，当 A、B 中有任意一个闭合，电路进入主、支干道循环工作状态，实现了基本任务要求和发挥任务要求。7 小结本次课程设计多用数字电子技术知识，在将理论设计实现的过程中考虑了很多其他的因素，比如集成电路响应速度，时差，以及驱动电压等。在设计电路是遇到很多困难，很多是由于数电知识储备不足，后经查书，故而了解其理论知识，电路设计遂得以实现。8 设计体会及今后的改进意见8.1 体会这次课程设计的时间虽然较长一点，但却是在教学时间内进行的，因此使人感到很忙碌，但忙忙碌碌的同时也让人感到很充实，因为数字电子技术本来我就学的不怎么好，加上课程设计的课题远比我们以前学的要复杂。起初的时候很怕自己不会做，但是后来听了老师的讲述后我的心里有了大概的方向，首先我把数电的书又重新看了一遍重新了解各个芯片的功能以及各个引脚的接线情况，没有的通过查看图书馆里面的相关资料，尤其是那本东南大学出版的电子技术实验与课程设计指导给了我很大的启发以为那本书上有很多关于我这个课题的信息我按照老师和书上的指导开始自己设计了初步的设计图。首先用两块74ls161来记录当前显示的步骤然后再通过它与与门、非门相连来控制六个灯的状态，第一个部分就设计玩了然后可以单独检查这个部分是否正确，设计好第一部分后开始设计下面的置数部分，通过译码器和其他的与非门和非门来控制置数，最后通过74ls160来控制计数，设计完成后开始仿真。开始的时候因为没有注意到老师说的，我置的数总是与步骤的相差了一个顺序后来通过修改终于仿真成功了，后来就是接线过程，其实接线过程相对来说比较简单，但是也要看你是否有良好的接线习惯，因为这些电路只要你有一个地方接错或者是哪里没接的话都会影响运行，因此首先我们把实验台检查了一遍确定每部位都是好的后开始检查线是否是好的，然后开始检查其他的芯片，确认芯片是好的以后就开始接线了，但我接完以后发现数据总是有一点错误，经过挨个部分查寻，最终解决了这个问题，原因是电压影响了电路的正常技术。通过这次数字电子课程设计，使我深深懂得了很多的时候，一个良好的习惯会使你事半功倍，磨刀不误砍柴功说的就是这个道理，因此无论是以后学习，还是到了工作岗位，我们都要养成良好的习惯，只有这样我们学习和工作才会越来越顺利。同时要相信自己，其实很多的时候，看上去很复杂的事情只要我们一步一步脚踏实地地去做，很多的事情你会发现是水道渠成。8.2 本方案特点及存在的问题本方案特点是周期稳定，实现容易，存在的问题和不足：计时电路采用 160 加法计时，与现实生活中的交通灯不相符，而且只有两个数码管显示，不能同时在主干道和支干道显示。8.3 改进意见在计数现实电路部分改用 1