数电课程设计-交通灯.doc

电工电子设计实验报告课程名称：交通灯定时控制系统的设计、制作班 级： 2007级自动化一班 姓 名： 陈 艳 学 号： 2007550301 指导教师： 刘 勇 实验时间： 2009年 11月 目 录一、 内容摘要1二、 实验设计要求1三、 设计原理1四、 各个单元电路的设计21、 秒脉冲发生器的设计32、 定时器的设计43、 控制器设计54、 显示译码器的设计6五、 总设计电路图7六、 实验中的仪器与设备7七、设计过程中遇到的问题7 1、仿真中的主要问题8 2、焊板子中的主要问题8 3、焊板子中的基本问题8.八、 总结、心得与体会8九、 附录9交通灯定时控制系统的设计、制作一、内容摘要： 在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。二、实验设计要求：设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能：（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s内任意设定。三、设计原理：（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯定时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 ：表示甲车道或乙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一个工作状态的定时。定时器甲车道信号灯秒脉冲发生器 TL TY ST译码器控制器乙车道信号灯 图1 交通灯控制系统原理框图（2）画出交通灯控制系统的ASM（算法状态机）图一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1： 表1控制器状态信号灯状态车道运行状态S0(00)S1(01)S3(11)S2(10)甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行控制器应送出甲、乙车道红、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：AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮。由此得到交通灯的ASM图，如图2所示：AR BYSTAG BR01TYTL010011STTLAR BGSTTYAY BRST图2交通灯控制系统的ASM图 四、各个单元电路的设计秒脉冲发生器的设计以555定时器接外接电路形成多谢振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，555定时器引脚图如图1所示，由脉冲频率公式：f=1（R1+2R2）C2题目要求f=1Hz，可选择R1=47K，R2=47K，C1=10F，C2=10nF形成电路图如图2所示。图1图2定时器的设计定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，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。实验中用到74LS163做为计数器，74LS163的引脚图如图3所示：图3定时器的逻辑电路如下图4所示： 图4控制器的设计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2所示： 表2输 入输 出现 态状态转换条件次 态状态转换信号 TL TY ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 0 1 0 0 001010101根据转换表可得：Q1*=Q1Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0TyQ0*=Q1Q0Tl+Q1Q0+Q1Q0TlST=Q1Q0Tl+Q1Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0Ty控制器的设计应用到74LS153及74LS74，引脚图如图5 图5本实验中，74LS74主要起多艘稳定波形的作用。 根据状态转换表可得仿真图如下（图6）： 图6译码器的设计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、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。 表3Q1Q0AG AY ARBG BY BR000111101 0 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 11 0 00 1 0根据表格可得：AG=Q1Q0 AY=Q1Q0 AR=Q1BG=Q1Q0 BY=Q1Q0 BR=Q1译码器的连结如图7所示： 图7五、总设计电路图如图8所示 图8六 仪器与设备主要仪器有：稳定电源，剥线钳，数字万用表，数字通用版，电烙铁，镊子等。使用这些仪器中应该注意到的问题：1 使用电烙铁时应该注意不用的时候要把电源关掉，以免烫到周围所用器件。2 稳定电源可由手机万能充电器提供，也可由手机电板提供。七 设计过程中所遇到的问题 1、仿真中的问题根据设计思路，在Multisim软件上将各部分连接起来，组成交通灯系统并进行仿真调试，并观察其是否符合设计要求。由于是第一次做这样的课程设计，在做仿真过程中就遇到一些问题，后面在请了一些同学之后，独立的完成了仿真，得到所需结果。问题如下：（1）将163上的CLK接到555上时看不到实验结果，数码管一直停留在00的状态，没有发生改变。但当将其接到函数发生器上，并设置函数发生器上的频率为500Hz时便可看到数码管正常跳变。2、焊电路板中的主要问题 （1）脉冲问题555定时器是本实验中遇到的最大的问题。在焊电路板时候，由于仿真上的555是按照上学期实验讲义上的接法来做的，当我按自己仿真上的图焊板子的时候，用发光二极管检测发现灯只亮而没有闪，自己找不出错误。后面把板子上的555重接了一个，按照课本上的原理一模一样的接了进去，结果用发光二极管检测时灯不亮。用万用表检测发现除了输出接口3，其他接口都有电压，换了很多次电容和电阻，请教了几个高手也找不到问题所在。最后又拔了555，换了芯片和引脚，换个地方接进去才有了脉冲。（）计数问题当我将两片163焊在板子上的时候，输出一个接的是29，一个接的24.但是发光二极管显示方面还是出了问题。红灯和绿灯显示正常，但是黄灯跳变了30次，而原则上是5次。当时也知道是计数上出了问题，可是对照着自己的仿真还是没有能检查出错误。在请教了别人之后，发现自己仿真中的ST的清零问题被我搞复杂了，可以将163上的load直接接到四输入的与非门端上，这样不仅连线看上去简单，还可以少用一块芯片。3、焊电板过程中的一些基本问题（1）事先要把线路图整理清楚，不要拿到板子就开始按照仿真上面操作，正确的方法是要先布局，把线路理清晰，所有的都搞好之后再动手。（2）刚开始焊的时候，将芯片也放在了引脚的插口上面。后经同学指出，那样的话会因电烙铁的高温而烧坏芯片，得不到实验结果。（3）焊的过程中最好是焊完整一块芯片的就检查一块的，不然最后得不到实验结果检查起来很麻烦，不知道问题出在哪个地方。（4）由于焊接过程中没有万用表，导致后面出现很多问题。从中可以得到经验教训，焊板子过程中讲究的不是速度问题，焊好了结果不出来也是没有用的。做实验就要边做边检查，还要注意一些没有用到的引脚的接法。八、总结、心得与体会1 总结通过这次课程设计，我学到了许多东西。首先最基本的就是要熟练掌握我们专业要求的一些软件，只有学会了这些，我们以后用到才会顺手。其次就是对所学专业知识的巩固与练习，做到学以致用。再次要学会一些简单电路的设计与制作。2 心得与体会这是我第一次接触与自己专业相关的、书本以外的一些知识。这个课程设计，前后差不多花了将近一个月的时间。刚拿到设计题目的时候，觉得不知道从何下手，等安静下来翻看了一些以前的知识才开始了仿真的设计。弄仿真过程中也遇到了一些问题，当时以为仿真就很难了，但后面再焊板子中遇到的问题才是最棘手的问题，以前接触这一类的东西太少了。第一次焊板子过程中就出现了很多问题，我先是把板子的引脚和线固定在板子上，结果焊上去出了错很难得改，并且焊接过程中出现了一些虚焊，后面有问题一直找不出，在其他人的建议下，我又把所有的点又重新焊了一遍。 在这次的实验中，如果实验没有看到预想中的结果，就要进行故障排查，排查的方法主要有：检查芯片是否插反；确定电源是否接好；检查芯片的接地，接电源引脚是否都已接好检查焊点有无虚焊；检查芯片有无损坏；检查导线有无漏接和错接。如果还是没有得到所需的结果，就要检查自己的逻辑电路。焊接电路中一直都是问题多多，解决起来也很麻烦。请教了许多人，最后才基本完成。虽然遇到了这么多的问题，还是很有成就感的，每解决一个问题，就觉得自己进步了许多。通过这次的实验，也让我意识到书本上所学到的东西应用起来并没有想象中的简单，要做到学以致用还有很长的路要走，要及时复习以前所学的专业知识，同时学会使用更多的学习软件，如Multism.Matlab。尝试着去学习一些书本上没有的东