电子技术课程设计 交通灯控制器.doc

电子技术课程设计交通灯控制器 学院： 专业、班级：姓名： 学号：指导教师： 目录一设计任务与要求(3)二总体框图(4)三选择器件(5)四功能模块(9)五总体设计电路(12)六心得体会(13)交通灯控制器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。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，学会使用数字电子技术设计和制做自动控制装置的方法，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。一设计任务与要求1设计任务与要求设计一个十字路口的交通信号灯控制器，控制A、B两条交叉道上的车辆通行，具体要求如下：（1） 每条道路设一组信号灯控制器，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通行。（2） 每条道路上每次通行的时间为25s。（3） 每次变换通行车道之前，要求黄灯先亮5 s，才能变换通行车道。2. 设计目的（1）了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。 （2）进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。 （3）提高综合运用所学的理论知识。独立分析和解决问题的能力。 （4）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。 （5）初步掌握对电子线路安装与调试使用方法。 二总体框图有一个A车道和B车道的交叉路口如图1所示。每边都设置红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行；绿灯亮表示可以通而在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便在停车线以外的车辆停止运行。当A、B车道都有车时，两边按规定的时间交替通行。分析系统的逻辑功能，画出其框图：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。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，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: 表示车道或车道绿灯亮的时间间隔为25秒，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为5秒。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。 图交通灯控制系统的原理框图1定时器：以秒脉冲作为计数器的计数脉冲。计数器用两块74LS163构成，TY和TY为计数器的输出信号。ST为状态转换控制信号，每当ST输出一个正脉冲，计数器进行一轮计数。按设计要求记“秒”脉冲的数目，完成计时任务，向控制器发出相应的定时信号，控制A、B车道通车时间和绿灯变红灯的切换时间。2控制器： 控制起有四个状态，因此可由两个触发器构成，本设计中选用两个D触发器产生四个状态。控制器的输入为触发器的现态以及TL和TY ，控制器的输出为触发器的次态和控制器状态转换信号ST。 根据秒脉冲信号发生器和定时器送来的信号，保持或改变电路的状态，以实现对A、B车道车辆运行状态的控制。3译码驱动电路：译码器的作用是将控制器输出Q1，Q0构成的四种状态转换成为A，B车道上六个信号灯的控制信号。按照控制器所处的状态进行译码，再驱动相应的信号灯，指挥A、B车道的行人。 扩展功能：1、能实现的功能 交通灯的状态转换和倒计时时间的显示，基本能实现东西、南北直行和转弯灯的显示功能。2、不足之处 （1）我所用的是一个大的计数器来实现交通灯的控制电路的设计，若能使用双进程状态机描述会使程序更加简练，而且状态之间的转化关系更加明朗。 （2）另外，在现实中晚上没有行人，可以不用交通灯控制，只需要黄灯亮着提醒人们前方有路口即可。那就需要一个始终显示模块，指定的时间内回到初始状态也就是我用的EN=0是的状态。只是人为控制，若有24小时的计时会使交通灯的控制智能化。 （3）有些城市的交通灯中也有右转灯，这个程序中有很多地方仍然需要改进。三选择器件主要元器件：74LS163 74LS153 74LS74 74LS04 74LS08 NE555 发光二极管 电阻 电容（1）。74LS7474LS74是双D触发器，（2）。74LS163 74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图如图所示，其功能表如表1 ，2所示。 逻辑符号表1是74ls163的功能表：表2是控制器状态转换表： （3）74LS15374LS153是双四选一数据选择器，通过选择不同的地址代码（即A1、A0的状态），即可从四个输入数据中选出所要的一个，并送至输出端Y。 逻辑符号图2 4选1数据选择器内部逻辑图数据选择器又称多路选择器、多路开关。它是一个多输入、单输出电路。数据选择器在地址码（或叫选择控制）电平的控制下，从几个数据输入中选择一个，并将其送到输出端。常见的数据选择器有2选1、4选1、8选1和16选1等数据选择器。图2是74LS153集成块中一个4选1数据选择器的逻辑图，真值表为表3其中C0C3为数据输入端，Y为输出端，A、B称为地址输入端。A、B的状态起着从4路输入数据中选择哪1路输出的作用。为使能端，低电平有效，=0时，数据选择器工作；=1时，电路被禁止，输出0，输出状态与输入数据无关。注意A、B地址在集成块中由2个4选1共用，高位为B，低位为A，BA=01时，Y=C1，BA=10时，Y=C2。 测试74LS153的逻辑功能：按照表的真值表测试4选1数据选择器，数据输入端C0C3可接电平开关，也可分别接频率不同的脉冲源。表 4选1数据选择器真值表 选择输入数据输入选通输出B AC0 C1 C2 C3YX X0 00 00 10 11 01 01 11 1X X X X0 X X X1 X X XX 0 X XX 1 X XX X 0 XX X 1 XX X X 0X X X 1100000000001010101注：为任意态四功能模块单元电路的设计（1）控制器 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。从ASM图可以列出控制器的状态转换表，如表4所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。表4 控制器状态转换表根据表4可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：以上三个逻辑函数可用多种方法实现，本设计选用四选一数据选择器74LS153来实现，这种实现方法比较简单。触发器采用双D触发器74LS74，设计中将触发器的输出看作逻辑变量，将TY、TL看作输入信号，按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数，由此得到控制器的原理图，如图3所示。选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。图中R、C构成上电复位电路，保证触发器的初始状态为0，触发器的时钟输入端输入1Hz秒脉冲。图3控制器电路图2.Multism2001的仿真结果：控制器： 2在模拟、数字实验箱上验证模块设计的正确性五总体设计电路图总体电路图2.Multism2001的仿真结果：仿真结果如下：（1）A车道绿灯亮时，B车道红灯亮。（2）A车道黄灯亮时，B车道红灯亮。（3）A车道红灯亮时，B车道绿灯亮。（4）A车道红灯亮时，B车道黄灯亮。3在模拟、数字实验箱上验证模块设计的正确1）设计、组装译码器电路，其输出接A、B车道上的6只信号灯（实验时用发光二极管代替），验证电路的逻辑功能。 2）设计、组装秒脉冲产生电路。 3）组装、调试定时电路。当 CP信号为 1Hz正方波时，画出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL、TY的波形，并注意它们之间一的时序关系。 4）组装、调试控制器电路。 5）完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。 实验结果 ：设A 、B通道各有红绿黄三只灯，交通灯显示情况： （ 1 ）A车道绿灯，B车道红灯； （ 2 ）A车道红灯，B车道绿灯； （ 3 ）A车道黄灯，B车道红灯； （ 4 ）A车道红灯，B车道黄灯； （ 1 ） （ 3 ） （ 2 ）（ 4 ） （ 1 ）。 其中（ 1 ）、（ 2 ）持续 25 秒，（ 3 ）、（ 4 ）持续 5 秒。 六、心得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计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。 这次设计所用到的芯片基本上都是电子技术基础课程中所学过的，因此遇到的困难不是很多。但如果涉及到未学过芯片，这时就要考察我们收集资料的能力，现在大、中规模的芯片很多，我们不可能把每个芯片的管脚都记住，但是解读芯片功能的方法是一样的，要综合分析它的功能表和输入输出的逻辑关系式，同时还要注意有的芯片的使能端，可以作为扩展端，这是我学习用芯片的一点体会。这次电路板接线的要求是“横平竖直”，不“飞线”，不“跳线”。这也是培养我们以后研制电子产品应具备工艺美观的思想。因此不仅要求我们具有很好动手能力，还要有瞻前顾后的理念，要做到这一点需要对电路的工作原理，即信号的流向非常熟悉。工艺设计是开发电子产品不可缺少的一步，不可小视。课程设计另外的一个目的是创新能力的培养。一个电路往往经过一些小的修改就能有其他的功能，要善于理论联系实际的展开问题，然后分析问题，解决问题。这次课程设计中经过老师的提示，做了某些修改，使电路性能指标更加完善了。发现问题要学会分析问题解决问题。电子技术的实验，要学会使用万用