简易交通灯设计方案.doc

河南科技学院机电学院电子课程设计报告 题目：交通灯控制器设计任务书 专业班级：电气工程及其自动化* 姓名： * 时 间：2012.5.28 2012.6.5 指导教师： * * * * * 完成日期：2012年06月 05 日简易交通灯设计任务书1设计目的与要求 设计一个交通灯控制器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，在双干线的路口上，交通信号灯的变化按照下面假定进行计时：（1）放行线，绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。（2）禁止线，红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。使两条路线交替的成为放行线和禁止线，便可实现交通控制。（3）特殊情况下能实现手动操作。2设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；（5）PCB文件生成与打印输出。3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目 录 1 引言 12 总体设计方案 13 设计原理分析与功能说明 2 3.1秒脉冲产生电路 23.2计时脉冲发生电路 33.3主控制电路 43.4交通信号显示电路 6 4.结束语 6 4.1 设计中存在的问题 6 4.2 收获和体会 7 参考文献 7附录1总体电路图 8附录2 PCB图 8附录3 仿真图 9附录4 元件明细表 10 简易交通信号灯控制电路 摘要：通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆实现十字路口交通管理的自动化. 因此，在本次课程设计里，将以教材数字电子技术基础提供的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。设计一个交通信号灯控制器，由双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，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停车。用红、绿、黄发光小灯泡作信号灯。放行线，绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。禁止线，红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。特殊情况下能实现手动操作。关键字：秒脉冲；计时器；控制器；译码器1. 引言上网图书馆查阅交通信号灯的相关资料，了解其基本工作原理，大致掌握需要用到那些芯片并查阅相关芯片的资料，认真研读芯片资料，了解芯片的用法和基本功能。本系统分为三大功能模块：主电路，计时电路，控制电路。通过控制电路对主电路中的交通灯进行控制，再由计时电路对交通灯电路的各灯的亮灭进行时间控制，并由彩灯显示电路显示出来。从而达到设计目的。2 总体设计方案2.1 设计思路它主要由秒脉冲信号发生器、计时电路、主控制电路和彩灯显示电路等部分组成。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，控制器是系统的主要部分，由它控制彩灯显示电路和译码器的工作。2.2 总体设计概况由555时钟信号发生电路产生的“秒”脉冲信号，确保整个电路计时工作时的稳定。用一片74LS390作为计数器，来实现电路三十进制的控制，同理也可实现五进制和二十五进制的控制。另外，用一片74LS161作为状态控制器，控制状态变量的变化，即实现变化：00-01-10-11，从而使计数器实现五进制，二十五进制和三十进制的转化。六个灯与由状态控制器控制的74LS139的输出端通过门电路直接相连。在电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CP信号脉冲，计数器74LS161接受CP脉冲，实现同步计时。通过与非门连接计数器输出端与译码驱动电路。计数器74LS161接受脉冲信号，由此，状态从00变至01，历时25秒；再从01至10，历时5秒；又从10至11，历时25秒；最后从11至00，历时5秒，依次循环。状态不同，计数器置数和红绿灯如何显示不同；计数器置数不同，规模值就不同，状态改变时间也不同。然后主控制电路通过计数器输出的四种状态再通过译码器来实现对彩灯显示电路的控制。译码器的四种输出状态分别为0111，1011,1101,1110.当控制电路的输出为0111时实现模数为25的计数器，此时一个方向的绿灯和另一个方向上的红灯亮；当输出为1011时实现模数为5的计数器，此时一个方向上的黄灯亮和另一个方向上的红灯亮；输出为1101时实现模数为25的计数器，此时一个方向上红灯和另一个方向上绿灯亮；输出为1110时实现模数为5的计数器，此时一个方向上红灯和另一个方向上的黄灯亮。然后再输出0111，这样就实现了交通灯的循环控制。3 设计原理分析及功能说明3.1 秒脉冲产生电路 图1秒脉冲产生电路产生稳定的秒脉冲信号，即f=1Hz的信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。用555芯片按一定的电路接上不同的电阻和电容可产生周期不同的脉冲信号，即不同频率的脉冲。各元件的参数R1=200K，R2=500K，C1=1nF，C2=4.7uF由555定时器周期计算公式，因而可求出电容C上的充电时间T1和放电时间T2t1=（R1+R2）CLn20.7（R1+R2）C1 t2=R2CLn20.7R2C1所以输出矩形波的周期为 T=t1+t2=（R1+2R2）C1Ln20.7（R1+2R2）C1频率 f=1/t1+t21.43/(R1+2R2)C 1 555定时器组成的秒脉冲CP的周期为1秒，即T=1.所以可以设置参数：R1=200k R2=500k C1=1nF C2=4.7uF 。3.2 计时脉冲发生电路计时电路主要通过芯片74LS390来实现其计数功能，用反馈清零法来实现，因为此芯片中存在有两个二-十进制计数器C0和C1，先将两组计数器均接成8421码二-十进制计数器，然后将他们相连接，接成一百进制计数器。在此基础上来实现三十进制的计数功能，同时借助与门译码来实现计数器异步清零功能。因为是要在第30个脉冲都来实现清零，计数器的C0,C1分别输出时0011和1010，也就是将C0的Q2端与C1的Q2端通过与门接在清零端CR上，从而实现了异步清零作用。其真值表如表1所示：表1 74LS390真值表该芯片的管脚如图2所示：图2 74LS390管脚图该部分的电路图如图3所示：图3计时脉冲发生电路 由此一来即可实现三十进制的计数功能，因为红黄绿灯的实践分别为30秒，5秒，25秒，同理也可实现五进制和二十五进制的计数功能。3.3 主控制电路 该部分电路主要通过芯片计数器74LS160和译码器74LS139来实现对电路的主要控制功能。74LS161是同步四位二进制加法计数器，它有异步清零、同步预置数等功能。图4和表2分别是它的引脚图和逻辑功能图，CP脉冲上升沿控制电路计数工作，RD端为异步清零端，LD是预置数控制端，A、B、C、D是预置数输入端，EP和ET是计数使能（控制）端，RCO是进位输出端。下面根据功能表进一步说明各控制端的作用。图4 74LS161引脚图表2 74LS161功能表 CPRDLDEPETDCBAQDQCQBQAX0XXXXXXX000010XXDCBADCBAX110XXXXX 保持 保持 加计数X11X0XXXX1111XXXX因为该电路只需控制四种输出状态即可，所以输出只需接输出端的QA,QB即可，即实现输出00，01，10，11四种状态，然后将输出的四种状态通过译码器74LS139来进行一个简单的译码功能，通过译码器的输出为0111，1011，1101，1110，从而实现红绿灯的四种状态。当输出是00时绿1灯和红2灯亮，当输出是01时黄1和红2灯亮，当输出是10时红1和绿2灯亮，当输出是11时红1和黄2灯亮。74LS139的逻辑功能表如表3所示：表3 74LS139逻辑功能表3.4 交通信号显示电路该部分电路主要通过门电路来实现其信号功能，用到的芯片主要由74LS00，74LS04，74LS08，74LS20，74LS32。其电路图如图5所示：图5 交通信号显示电路通过一系列的与非门来实现对高低电平的控制，从而控制小灯泡的亮与灭则交通显示电路的输出如下表4所示： 表4 小灯显示表 QA QB G1 R1 Y1 G2R2 Y2 0 0 1 0 0 0 1 0 01 0 0 1 0 1 0 11 0 1 0 1 0 0 10 0 1 0 0 0 1（G:绿灯 R:红灯 Y:黄灯） 4 结束语4.1设计中存在的问题4.1.1秒脉冲发生装置能否正确的产生秒脉冲信号。4.1.2如何实现主控制电路的四种状态的输出。4.1.3倒计时电路能否正确的进行三种时间的正确切换。4.1.4几部分电路怎么样联系在一起使之正常工作并且互不影响。4.2收获和体会这次实习对我各方面的影响都很大，让我充分认识到了自己的不足之处。特别是对于一些芯片的作用和功能不能很好的把握，阅读芯片资料也会有一定的困难，这说明平时锻炼的太少了。首先我深深认识到了上课的重要性，尽管老师上课就讲那么几十分钟，但是老师讲的都是精华部分。这些东西是下课靠自学得不到的，所以我们以后还是上课要好好听老师讲课。其次这次课程设计对于我们以前学过的知识起到了一定的巩固作用，俗话说得好实践是检验真理的唯一标准。我觉得最重要的还是此次实习让我们学会了去主动的学习，主动的查资料，锻炼了我们自主的能力，这对以后我们的生活和学习是非常重要的。缺点并不可怕，可怕的是不知道去改正。在实习中暴露的缺点与不足我们会在以后的学习当中去弥补。发现不足，填补知识的空缺，每天进步一点点，我们就会做的越来越好。参考文献：网络参考资源//p-259590151297.html//康华光主编电子技术基础第五版，高等教育出版邵锋主编数字电子技术实验指导石磊主编Altium Designer 8.0 电路设计，清华大学出版附录1 总体电路图图6 总体电路图附录2 PCB