新型交通信号灯控制管理电路设计.doc

新型交通信号灯控制管理电路设计 一、设计目的及要求为了确保十字路口的车辆顺利地通过 , 往往采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮 ,表示该条道路禁止通行；黄灯 (Y) 亮表示停车；绿灯(G)亮表示允许通行。交通灯控制器的系统框图如下图所示。设计一个十字路口交通信号灯控制器,其要求如下 :1、它们的工作方式满足如图顺序工作流程。图中设南北向的红、黄、绿灯分别为 NSR 、NSY 、NSG, 东西向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG 。2、两个方向的工作时序: 东西向亮红灯时间应等于南北向亮黄、绿灯时间之和，南北向亮红灯时间应等于东西向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图见图所示。一、 方案论证及选择：方案一：当交通灯自动运行时，通行方向进行24S倒计时，其中绿灯时间为20S，在此期间禁行方向一直为红灯，计数器在交通灯变方向时重复计数。当调到手动状态时可提供脉冲让交通灯循环变快或变慢。电路还有夜间功能，夜间时打到此档，则电路停止循环工作，只有黄灯闪烁。当南北向绿灯亮，而东西向红灯亮时，使南北向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始下减，当减倒“00”时，南北向绿灯灭，红灯亮，而东西向红灯灭，绿灯亮。二、系统框图 如下图所示：为交通灯的系统图.图3-3（9-42）中，假设每个单位时间为5s，则南北、东西向绿、黄、红灯亮时间分别25，5 30s，一次循环为60s。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。3、十字路口要有数字显示 , 作为时间提示 ,以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时,置显示器为某值,然后以每秒减 1 计数方式工作 , 直至减到数为 “0”, 十字路口红、绿灯交换,一次工作循环结束,再进入下一步某方向的工作循环。例如：当南北向从红灯转换成绿灯时,置南北向数字显示为 “30”, 并使数显计数器开始减“1”计数 , 当减到绿灯灭而黄灯亮(闪耀)时, 数显的值应为 5, 当减到“0”时,此时黄灯灭,而南北向的红灯亮；同时,使得东西向的绿灯亮,并置东西向的数显为“30”。4、可以手动调整和自动控制,夜间为黄灯闪耀。5、在完成上述任务后,可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。（1） 设某一方向(如南北)为十字路口主干道,另一方向(如东西)为次干道； 主干道由于车辆、行人多,而次干道的车辆、行人少, 所以主干道绿灯亮的时间,可选定为次干道绿灯亮的时间1.5倍或2倍。（2） 用 LED 发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时,这一方向的发光二极管接通,并一个一个向前移动,表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时,移位发光二极管就停止,而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动； 红灯亮时 , 则另一方向转为绿灯亮,那么,这一方向的 LED 发光二极管就开始移位(表示这一方向的车辆行驶)。四、设计原理根据设计任务和要求,参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图 9-40, 设计方案从以下几部分进行考虑。1、秒脉冲和分频器因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为 5:l:6,所以 , 若选5s为一单位时间 , 则计数器每计 5s 输出一个脉冲。2、交通灯控制器由波形图可知 , 计数器每次工作循环周期为 12, 所以可以选用12 进制计数器。计数器可以用单触发器组成 , 也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模 74LS164 八位移位寄存器组成扭环形 12 进制计数器。扭环形计数器的状态表请自行设计。根据状态表 , 我们不难列出东西向和南北向绿、黄、红灯的逻辑表达式如下 : 东西向 南北向绿：EWG=Q4 Q5 绿：NSG= 黄：EWY = Q5（EWY=EWYCP1） 黄：NSY= Q5 (NSY=NSYCP1)红：EWR = 红：NSR = Q5由于黄灯要求闪耀几次 , 所以用时标 ls 和 EWY或 NSY 黄灯信号相“与”即可。3、显示控制部分显示控制部分是一个定时控制电路。当绿灯亮时 , 使减法计数器开始工作(用对方的红灯信号控制),每来一个秒脉冲 , 使计数器减1, 直到计数器为“0”而停止。译码显示可用 74LS248BCD 码七段译码器 ,显示器用 LC5011-11 共阴极LED显示器 ,计数器采用可预置加、减法计数器,如 74LS168 、 74LS192 等。如下图示，为部分主要元件管脚图。74ls47管脚图74ls47时共阳极译码驱动电路，引脚如下图示：在DCBA端输入BCD二进制码，输出为a,b,c,d,e,f,g七段码。LT为灯测试，BI 为灭零端，RBI用于多位数头尾灭零，这三个功能都是低电平有效。4、手动/自动控制、夜间控制用选择开关进行，置开关在手动位置 , 输入单次脉冲可使交通灯处在某一位置 ,开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通,黄灯闪亮。5、汽车模拟运行控制用移位寄存器组成汽车模拟控制系统 , 即当某一方向绿灯亮时,则绿灯亮“G信号，使该路方向的移位通路打开,而当黄、红灯亮时,则使该方向的移位停止。如图 9-43 所示 , 为南北方向汽车模拟控制电路。五、参考电路下图为交通灯控制电路的总体电路图：根据设计任务和要求 , 交通信号灯控制器参考电路 , 如图 9-44 所示。六、单元电路设计1、单次手动及脉冲电路。单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生的，当按下S2时，有一个脉冲输出使74LS164移位计数，实现手动控制。S2在自动位置时，由秒脉冲电路经分频后（4分频）输入给74LS164，这样，74LS164为每4秒向前移一位（计数一次）。秒脉冲电路可用晶振或RC振荡电路构成。2、控制器部分它由74LS164组成钮环形计数器，经译码输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号。其中黄灯信号须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。3、数字显示部分当南北向绿灯亮，而东西向红灯亮时，使南北向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始下减，当减倒“00”时，南北向绿灯灭，红灯亮，而东西向红灯灭，绿灯亮。由于东西向红灯灭信号（EWR：0），使与门关断，减法计数器工作结束，而南北向红灯亮，使另一方向东西向减法计数器开始工作。在减法计数器开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入1秒和LD的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据，黄灯灭（Y=0），而红灯亮开始减计数。七、调试与结果按照电路图焊接完电路后，再依照管脚仔细检查电路，以确保没有错误。由于本次电路比较复杂，而且有些芯片实验室暂时没有，所以只好用功能相近的芯片代替，因此管脚需要重新分布。把电路接上电源和单脉冲后开始调试电路，由于电路复杂，接线多，所以难免出现漏接，错接现象，因此我们认真调试，争取能把电路调试成功。开始时，数码管有2个没有亮灯，而且代替交通灯的二极管只有红灯亮。并不符合测试电路的要求。于是我们仔细检查，发现数码管的电源端接线没有焊牢，导致没有显示。重新焊接后数码管正常显示。在输出脉冲时发现黄灯不停闪烁，按下夜间控制开关，黄灯闪烁，说明夜间部分没有问题。但是数码管没有按照24秒计时，我们检查计数器的工作状态，发现计数器置入数据时可以进行减法运算，黄灯亮灭时红灯却没有亮，导致数据无法进行减法运算。仔细察看电路的计数器焊接点，终于发现74LS192的CP脉冲端没有接入另一个74LS192的13脚，使其无法根据脉冲数据进行计数及减法运算。连接后，数码管正常计数。焊接过程中经常遇到的问题，如果不加以纠正将使电路无法工作，而且这个问题很难检查出来，也只能利用万用表检查，我们刚发现是由于接上电路发现发光二极管是一直点亮的，后来发现是由于一个焊点虚焊导致或门的一端输入为接空引起的。由于电路的复杂和焊接的繁杂，导致我们无法很好的仔细检查每个焊接点的错误，因此电路有时不稳定，数码管显示时隐时现。但最后我们还是终于把电路调试成功，完全符合课程设计的要求。八、主要元件清单元器件个数直流稳压电源1台74LS04，74LS08各2个74LSl64，74LS11，74LS74各1个74LS1924个74LS474个发光二极管6个LC5011-114个开关，电阻若干实验总结本周的焊接电路实验我们选做的事交通灯控制电路，电路比较复杂，而且芯片有些也被代替了，但是我们仍然把这个电路做好了。在这期间我们查阅了大量的资料，并且上网查了有关管脚和电路图的信息，通过实践与理论相结合，了解了很多有关电路的原理，交通灯的构造和原理，每部分的原理都得到了充分的认识，脑子里有了模型有了理论后，再把理论付诸实践，使我们更加深了555和74LS系列的原理，在运用时才不会感到陌生。开始时是设计阶段也没太在意，后来到动手的时候觉得遇见了好多没想到的问题，然后一个一个的解决，我想这也是最吸引我们的地方，当真正投入时才发现乐在其中。以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。在设计过程中，遇到了书本中不曾学到的情况。同时，由于是三人合作制作，是我们学到在将来大规模电路设计中，团体协作是多么的重要。在我们的通力协作之下，电路终于焊完了。但是我们同时也明白了我们在设计电路过程中的缺点和不足，很多时候我们只是照着电路图按部就班的焊接，并没有经过思考或者去论证其原理的对错，还有就是我们焊接时经常会造成虚焊和错焊，这就是我们焊接的基本功还没有达到的缘故，我希望在今后的设计中能够总结以往的经验教训，不但学习课本知识，而且还学习课外知识，这才是我们所要达到的目的。两周的实验课程设计结束了，我们都从中学到很多东西，但是学习永无止境，课程设计给我们这个平台去展示自己，未来还有更多的需要自己学习的地方，更多需要展示自己的地方。本周的实验课程设计的任务为插接电路，确定任务后我们便从图书馆，网上查阅相关资料，分析其工作原理，结合我们的兴趣爱好，经过共同讨论，我们开始计算元件参数，并列出了元件清单。周二领到元件后，便开始对整个电路进行布局，为了在插接电路的过程中思路较清晰，避免犯错误，整个电路都由一个人负责，另一人查找有关芯片管脚和电路原理的资料。在整个插接过程中，由于对原理图分析比较透彻，各个芯片的功能及其管脚的连接都作过仔细的分析，这一过程并没有遇到太大的困难。在组员的共同努力，不断讨论分析，仔细检查下，电路中终于调试成功。通过这一周的课程设计，发现动手的时候遇见了好多没想到的问题，然后一个一个的解决，我想这也是最吸引我们的地方，当真正投入时才发现乐在其中。而且我们对555及其74LS系列的芯片的功能都有了更深的了解和认识，提高了理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，同时，在整个过程中，我们首脑并用，共同讨论研究，彼此协作都非常愉快，增进了同学间的协作精神。个人总结为期两周的课程设计结束了，我感受颇深。在这两周内，从理论知识到实践操作对于我来说，都是一次严峻的考验，我深深地感受到了理论联系实际的重要性。本次课程设计分为插接和焊接两部分。其中插接部分做的是简易电容测试电路，由于我们组有人以前是电子创新协会的会员，所以这部分我们进行的比较顺利，在第二部分的焊接电路里，我们做的事比较复杂的交通灯控制电路。在设计中，我们先分析电路原理，了解其功能。并同过各种渠道查询各个芯片的管脚图和原理。我们在一起相互讨论，提出改进方法，相互合作，相互促进，学到了许多知识。把原理图弄懂了，接下来的工作便是规划电路图，合理布线，按照电路原理图，一步步仔细地连接电路，最后进行测试。在整个过程中，我们一组相互合作，一人查电路图和芯片引脚图并帮助焊接的部分工作，另一人进行插接和焊接部分的工作。分工协作，不亦乐乎。最后调试时结果都比较满意，达到了预期的效果，圆满的完成了任务。这次课程设计，增强了我的专业知识，提高了动手动脑的本领，手脑并用的协作能力，更重要的是培养了我们的团队协作精神，不向困难低头的精神。当我们辛辛苦苦调试的电路没有出结果时，我们没有放弃，没有气馁，而是重新树立起信心，接着忙于检查电路，发现其中的错误。检查错误是纷繁复杂的，但是我们的组员并没有因此而放弃，通力协作是我们的法宝。经过紧张而充实的两周，伴着我们的作品的诞生，我们脸上洋溢笑容，大家都轻松了一小会，因为大家都知道，在这次课程设计中还有许多的不足需要我们去改进，从中吸取经验教训，这样我们才能在每次的历程中学习和成长。 万红霞 2006年1月4日个人总结为期两周的课程设计结束了，在这两周中，我们分别插接和焊接了一个电路。插接部分做的是简易电容测试电路，焊接部分做的是新型交通灯控制电路。我负责了焊接那部分的工作。在这次实训中，我不但训练了焊接电路的能力，而且还学习了许多有关电路方面的知识，可以说这两周的课程设计我过得很充实，学到了很多技能，学习了很多电路原理和知识，并真切感受到理论联系实际的重要和必要性。在这次课程设计中，我和组员相互配合相互帮助，在遇到很多困难时能够用乐观积极的心态来看待。我们合作的非常愉快，我想在团体设计中，团队精神是非常重要的。我在确定了焊接电路的主题后，便开始查找资料，图书馆，电子阅览室都是我经常去的地方。在那里我翻阅了大量资料，明白了电路的大体原理，然后化整为零，把单元电路从总体电路中拆分开，并查找了有关管脚图的资料，明白了其单元电路的原理，在确定原理之后，就开始按电路图设计方案，使电路能够简洁而且好检查。做完这些就是焊接的部分了，因为交通灯这个电路