交通指挥灯(B).doc

目 录第1章 系统概述.1. 1 选题背景.1. 2 技术要求.1. 3 资料收集与工作过程简介.1. 4 系统框图及原理设计.1.4.1 结构图及原理图.1.4.2 实现系统的状态转换过程1.4.3 方案的特点及选取原因特点.第2章 单元电路设计与分析.2. 1 秒脉冲信号产生电路.2. 2 定时计数电路.2. 3 主电路2.3.1 主控电路2.3.2 译码驱动电路.2. 4 显示电路.第3章 电路调试.3. 1 单元电路调试3. 2 进行整体调试.3. 3 功能及性能指标测试.3. 4 课程设计的结论.第4章 结束语.4. 1 原器件清单.4. 2 电路改进说明4. 3 课程设计收获与体会.参考文献第一章 系统概述 1.1 选题背景 在一个交通繁忙的十字路口，没有交通灯来控制来往车辆和行人的通行，假设也没有交警，那会发生什么事情呢？后果是难以想象的，可能会陷入一片混乱，甚至瘫痪。当然我们每个人都不希望这样。我们作为社会的一员，每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。 在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础，同时引入了电子设计自动化技术，利用了数字逻辑这一强大工具，同时还运用了multism软件和一些数字逻辑器件，来设计了可控制的交通信号灯。我们设计了这个交通灯信号控制系统通过本课程设计，使我们加强对电子技术课程内容的理解和掌握，学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力，也为将来的就业或继续深造做好准备。1.2 技术要求（1）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）。（2）主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。（3）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过度，使行驶中的车辆有时间停到禁行线以外，设立5秒钟的计时及显示电路。1.3 资料收集与工作过程简介 电子技术课程设计是电子技术课程的实践性环节，是对所学的电子技术基本理论知识的综合运用。课程设计是根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，进行电路的独立设计，实验安装和调试，在实验板上进行电子产品的制作和写出实验总结报告。根据这次课程设计的内容和要求，我首先进行了整体方案的构思，通过在图书馆查阅资料，并分析和比较，选取了一种简单而且可行性高的方案。 此方案主要由脉冲信号产生电路、定时计数电路、计时显示电路、主控电路、译码驱动电路等组成。通过查阅有关书籍和综合已学的数字电子技术的知识，并考虑到电路的工作稳定性，设计成本低，电路简单，功耗低，元器件货源充足等因素，同时还留有余地用于电路的功能扩展（如紧急情况的处理），鉴于此选用了比较常见的元器件来构成各单元电路，选取所须的元件后，对各电路元件的参数进行了计算，然后进实验室进行电路的安装和调试。经过三天紧张的电路安装和调试，期间还进行了部分方案的修改和改进，实现了课程设计的主要任务和具体要求。并在此基础上扩展了紧急情况处理电路。该方案虽然实现了课题的内容和要求，但还有些地方不够完善。比如，紧急情况处理扩展电路还有待改进，可以在处理完紧急情况后自动恢复到电路原来的工作状态。1.4 系统框图及设计原理1.4.1 结构图及原理图 这是一个数字系统设计问题，按自顶向下的设计方法，整个系统可分为主控电路、定时电路、译码驱动显示等几个模块，而定时电路可以由45S、25S、5S计数器功能模块构成。译码驱动显示可由数据选择器和D触发器组合逻辑电路构成，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，系统框图如图1-4-1-1所示：电路原理图如图1-4-1-2所示：图1-4-1-1 交通灯控制系统 图1-4-1-2实验原理图1.4.2 实现系统的状态转换过程（1）图主车道绿灯亮，支车道红灯亮。表示主车道上的车辆允许通行，支车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间的时间间隔T45时，控制器发出状态信号ST，转一工作状态。（2）主车道黄灯亮，支车道红灯亮。表示主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T5时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）主车道红灯亮，支车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，支车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔T25时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 （4）主车道红灯亮，支车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，支车道上未过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T5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表12、1所示，控制器应送出主、支车道红、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： 控制状态 信号灯状态 车道运行状态S0（00）主绿，支红 主车道通行，支车道禁止通行S1（01）主黄，支红 主车道缓行，支车道禁止通行S3（11 主红，支绿 主车道禁止通行，主车道通行S2（10） 主红，支黄 主车道禁止通行，主车道缓行AG=1：主车道绿灯亮；BG=1：支车道绿灯亮；AY=1：主车道黄灯亮；BY=1：支车道黄灯亮；AR=1：主车道红灯亮；BY=1：支车道红灯亮；由此得到交通灯的状态转换图。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于45秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于45秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂状态转换图所表达的含义。可用下面的四个状态描述 表1-4-2 状态表状态主 干 道支 干 道时 间 S0绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行 45秒 S1黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行 5秒 S2 红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行 25秒 S3 红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车 5秒1.4.3 方案的特点及选取原因特点 （1）特点：本系统分为三大模块：主电路、定时电路、控制电路。其中主电路包括主干道和支干道的6个交通指示灯、译码显示电路；定时电路包括秒脉冲信号产生电路，5S定时器、45S定时器、25S定时器；控制电路包括主控电路。通过时序电路的知识可联想到使用数据选择器和D触发器来控制电路，并使它们的组合与三个定时器产生互动，以实现信号灯循环亮的功能。定时电路用的是计数器接成的45S、25S、5S计数，秒脉冲信号是利用555电路接成的占空比为50%的方波，而控制电路则是由数据选择器与D触发器一起控制的。 （2）选取原因：该方案电路接线简单，避免了初学者在焊接时出现不必要的麻烦。由于本电路要求精度不高，所以选用了555定时器来产生秒脉冲。 第二章 单元电路设计与分析 2.1 秒脉冲信号产生电路由555秒信号产生器的电路是利用555 定时器组成的秒信号发生器。NE555 芯片有单稳态电路功能，可发生T=0.7*(R1+2*R2)*C其输出信号的周期为1 秒。本电路输出脉冲的周期为方波信号，可适当的选择电阻、电容，使其输出信号的周期为1 秒。本次实验选的R1=7.2K R2=3.6K C1=0.01F C2=100F如图2-1： 图2-1 秒脉冲产生电路2.2 定时计数电路（1）定时器由与系统秒脉冲（由555定时器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL和模45的定时信号45。（2）计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是4位二进制同步计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和引脚功能图如图2-2(a)和2-2(b)所示。图中,LD是低电平有效的同步置数,CR是低电平有效的异步置零端，EP和ET为使能端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。图2-2-1(a) 74LS163的外引线排列图 图2-2-1(b) 74LS163的引脚功能图 （3）将74LS163接成100进制计数器，是利用并行近卫方式。先将底片位的进位端连接到高片位的EP ET的使能端因为本实验采用的是同步置数的方法，所以高.底片的异步置零端均置1，当底片位计数到(1001)时，进位端给信号，这时高片位开始工作。最后根据电路的要求分别实现计数45S、25S、5S，由于74LS163是同步置数，故当计数器计到(0100，0100)时为45S，(0010，0100)时为25S，（0000，0100）时为5S。计数器的脉冲是由秒脉冲发生器提供的，它的清零端信号由主控电路输入。如图2-2-2：图2-2-2 计数电路2.3 主电路2.3.1 主控电路 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。选用两个D触发器D0、D1作为时序寄存器产生4种状态，选用一个D触发器D3作为计数单元清零信号的延时输出，设D触发器的初始状态为0，系统为初始状态S0,此时数据选择器的地址代码（A0,A1）为（0，0）输出(D00，D10)，为（0,45秒信号输出端），当计数器到（0100，010045）秒时，D3输出清零信号，转到下一个状态S1,此时（A0，A1）为（0，1），输（D01，D11 ）为（5秒信号输出端,5秒信号输出端），当计数器到0000，01005秒时，D3输出清零信号，转到下一个状态S2, 此时（A0,A1）为（0，1）， 输出（D01,D11） , 为（5秒信号输出端,5秒信号输出端），当计数器到0000，01005秒时，D3输出清零信号，转到下一个状态S2, 此时(A0，A1)为(1，1)， 输出(D03，D13) 为（1，25秒信号输出端），当计数器到（0010，0100）25秒时，D3输出清零信号，转到下一个状态S3，此时（A0,A1）为（1，0），输出(D02，D12) 为（5秒信号输出端,5秒信号输出端），当计数器到（0000，01005）秒时，D3输出清零信号，转到状态S0，完成一个循环计数。 2.3.2 译码驱动电路 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。 状态方程式：MR(主红)=Q1 SR(支红)=Q1 MY(主黄)=Q1Q0 SY(支黄)=Q1Q0 MG(主绿)=Q1Q0 SG(支绿)=Q1Q0如图2-3：图2-3 主控电路及译码驱动电路2.4 显示电路利用CD4511来驱动共阴七段数码管显示，如图2-4显示电路：图2-4显示电路第三章 电路调试3.1 单元电路调试 （1）要调试秒脉冲信号发生器。先加电检查线路，如能正常工作，即能输出信号脉冲；接下来调节脉冲信号的频率，把脉冲信号接入示波器，调节电位器电阻使脉冲信号的频率为一秒。记录下响应的电阻和电容值。（2）调节状态译码器、信号灯的工作，把已调节好的秒脉冲信号接入控制器，使控制器开始工作，检查各信号灯是否正常工作（各信号灯的亮灭情况及交换次序，Q1Q0输出是计数器的清零信号），红灯的闪烁是否正常。（3）调节加法计数器和数字显示系统，把秒脉冲信号直接接入加法计数器，检查数字显示是否正确（各个数字是否能正常显示和显示次序是否正确）。（4）调节各置数器，把置数器和加法计数器连接好，并接入秒脉冲信号至加法计数器。把其中一个置数器的控制端接低电平另两个置数器接高电平，看其置数是否正确，用同样的方法检查另外两个置数器的置数。3.2 进行整体调试把各个已检查好的单元部分连接起来，注意要把四个方向共8 个74LS48驱动的LED接入电路。接入秒脉冲信号，检查灯亮和数显之间是否正常对应，有不正常之处要一一改正。到此整个定时控制系统已完成设计和实验模拟实现其功能之目的。3.3 功能及性能指标测试 （1）先进行秒脉冲产生电路的测试: 给电路板接通电源（5v），将输出端接示波器的输入通道，观察输出波形如图33-1图33-1脉冲输出波形（2）进行计数电路的测试：断开计数器的清零信号，接通电源来观察显示电路，如图3-3-2图3-3-2显示电路（3）进行计数器各使能端输入信号测试：将万用表打在电压档，来测使能端，如图3-3-3所示：图3-3-3 信号序列图3.4 课程设计的结论电子产品的电气连接，是通过对元件零部件的装配与焊接来实现的。安装与连接是按照设计要求制造电子产品的主要操作环节 /应该说。和电子工程技术的其它内容比较起来安装与连接的技术并不复杂，因此往往不受重视，但是，产品的装配过程是否合理，焊接质量是否可靠。对整机性能的影响是很大的，也许你听说过，一些精密复杂的仪器因为一个焊点的虚焊，一个螺钉的松动而不能正常工作，甚至由于搬运，振动使某个部件脱落造成整机报废，所以，掌握正确的安装工艺与连接技术，对于电子产品的设计与研制，使用和维修都具有重要的意义。第四章 结束语4.1原器件清单 表4-1原器件清单名称 数量（个）用途名称数量（个）用途555定时器1脉冲发光二极管6信号灯数码管（共阴）2显示普通二极管2_CD45112译码驱动元片电容（103）1_74LS1602计数电解电容220u1_74LS741_74LS082_74LS1532_74LS041_电阻若干4.2电路改进说明（1） 本电路的秒脉冲产生电路是由555定时器构成的占空比为50%的多谐振荡产生，因此存在时间上的不精确，不过好在该系统在实际应用中对时间的要求精确度不高。这里可以采用分频电路来产生秒脉冲。（2） 该电路设计简单没有涉及控制信号，即没考虑两条干道上车辆的有无情况。（3）本电路的计数器是使用两片74LS163级联成100进制的计数器来计数，其实可以用74LS160来代替，这样可以使电路更简单。4.3 课程设计收获与体会 电子技术课程设计是电子技术课程的实践性环节，这次交通信号灯控制器的设不仅要综合运用数字电子技术基础的基本理论知识，而且还需要独立进行电路设计的能力，并要求具有较强的动手能力，因此做好这个课题设计将受益非浅。下面就本次课程设计的收获和体会做几点总结。 （1）通过这次课程设计，加强了我们的动手能力，以及遇到问题时如何去思考，如何去解决问题的能力。（2）在设计过程中遇到各种各样的问题是不可避免的，不仅让我们更深刻的体会到理论结合实践的重要性，同时培养了我们在理论知识的基础上，如何具体问题具体分析的能力。 （3）这次的课设，让我深深的顿悟到课本上的知识确是理论，书上的知识多而散，只看书思维永远只定格在了“广”，而无法对其真正的了如指掌，运用自如，做到“精”。实践恰恰为我们提供了一个从“广”到“精”的平台，在实践中，让我们深刻的了解和掌握诸如各种器件的性能|、用法及应注意事项。（4）课设期间，不仅仅是实践的重要时刻，更是我们培养思考问题、分析问题、解决问题的能力以及面对突如其来意想不到的问题时的应变能力，使我们受益匪浅，对今后的学习和工作都奠定了无可比拟的作用。 最初的搜集资料，确定课题，不仅巩固了课本上的理论知识，同时还学到了一些书上没有却至关重要的东西，“采集”知识的过程不能不说是充实和喜悦的。 绘制电路图的过程中，不仅让我们学习了一些重要软件的使用方法，同时也在无形中加强了我们分析器件、分析电路图的能力，因为只有对原理图有详细的理解，才能为焊接和调试奠定成功的基础。 本以为焊接是整个过程中最费时间的一个过程段，后来才发现调试是整个课设中的重中之重，它需要我们各方面的综合能力，对原理是不是清楚，对芯片的工作状态是不是了解，以及出现问题时该怎么解决。 在课设过程中，是知识的交流，更是人与人之间心的交流，我们不能不肯定最终的成功带给我们的喜悦，也不能否认失败和挫折带来的打击和困惑，但是团队之间的协作、老师的耐心指导和同学们的帮助，让我觉得怎样的劳动和挫折都是值得的，正所谓“不经历风雨，怎能见彩虹”，“阳光总在风雨后”，成功的喜悦和奋斗的过程是无与伦比的。 生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。 同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人