交通信号灯控制器1

1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 交通信号灯控制器 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2011年6月17日 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第三部分：设计图纸第 一 部 分任务书数字电子技术基础课程设计任务书一、课程设计的目的 本课程是在学完数字电子技术基础、数字电子技术实验之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的： 1. 使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2.

2、 使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3. 熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。二、课程设计的要求1. 设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；2. 必须独立完成设计课题； 3. 合理选用元器件； 4. 按时完成设计任务并提交设计报告。 三、课程设计进度安排1、方案设计；(半天)根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。2、 电路设计：(一天)根据方案设计框图，并画出详细的逻辑图3、 装配图设计

3、：(半天)根据给定的元器件，结合逻辑图，设计出电路制作的具体装配图(即绘出组件数量，管脚号以及器件布置的实际位置)。同时配以必要的文字说明。4、 电路制作：(两天)对选定的设计，按装配图进行装配，调试实验。5、 总结鉴定：(一天)考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。四、设计题目及内容交通信号灯控制器（1）、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。黄灯是间歇闪耀。设计计时显示电路(减“1”计数) 。 （3）、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。 五、设计要求1、 用中小型

4、规模集成电路设计出所要求的电路；2、 课题要求用可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）设计实现；3、 在EDA编程实验系统上完成硬件系统的功能仿真。4、 写出设计、调试、总结报告。六 、器件与器材与、或、非门八输入与非门 74LS30同步十进制加法计数器 74LS160振荡分频器 CD4060555定时器 555DCD HEX LED共阴数码管、微动开关、拨盘开关、LED(红、绿、蓝)、电阻、电容、二极管、三极管、导线七、使用仪器设备1、 PC机（装有MULTISIM软件）；2、 GW48 EDA编程系统等。八、参考文献1童诗白 华成英主编.模拟电子技术基础(第四版). 北京：高教出版社， 20

5、002 阎石主编数字电子技术基础（第四版）北京：高教出版社， 20003有关“电子技术课程设计指导书”；4“集成电路特性应用手册”；九、设计总结报告主要内容1、 任务及要求；2、 方案特点；3、 各组成部分及工作原理(应结合框图写)；4、 单元电路设计与调试；5、 总逻辑图；6、 总装配图；7、 实验仿真结果；8、 实验结果分析(画出必要的波形，进行测量精度和误差分析)；9、 调试中出现问题的解决；10、改进意见及收获体会等。第 二 部 分课程设计报告目 录1 设计任务及要求. （7）2 系统总体设计方案. （8）2.1 总体设计方案. （8）2.2 方案特点 .（8）3 控制电路设计. （9

6、） 3.1 控制电路工作原理.（9） 3.2 器件选型.（9）4 振荡电路设计. （10）4.1 振荡电路工作原理.（10）4.2 参数计算. （10） 4.3 器件选型.（10）5 计数电路设计. （11） 5.1 计数电路工作原理.（11） 5.2 器件选型.（11）6夜间电路控制. （12） 6.1夜间控制电路原理.（12）6.2器件选型.（12）7 系统总体电路设计. （13） 7.1 系统总体电路. . .（13） 7.2 电路说明.（14）8 电路调试. （15） 8.1振荡电路调试（15） 8.2 计数电路调试及实验结果分析. （15） 8.3 控制电路测试. （15） 8.4

7、夜间模式测试. （15）8.5 系统联调. （15）9 改进意见及收获体会. （16）10 器件明细清单. （17）参考文献. （18）附录（22）1设计任务及要求交通信号灯控制器（1）、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。黄灯是间歇闪耀。设计计时显示电路(减“1”计数) 。（3）、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。流程如下图所示：2系统总体设计方案2.1总体设计方案2.2方案特点道路较窄而车辆通行较多，支线、干线的车辆通行时间不等，允许人工监控或修改各线通行时间，同时设有道路应急控制。十字路口要有数字

8、显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间，并且能够在人监控状态下，干道、支道通行时间通过键盘修改或通过开关人为控制。 本设计在很多方面，比如译码器的选择，定时器选型，程序调用方式等等尽量做到不与本组其他成员雷同，程序编制力求简便清晰，硬件连接图在保证每根具体用到的管脚线都能被表示出来的同时，力求线路连接清晰明确，尽量不使线与线之间过于缠绕。并且保证了电路工作的稳定性，同时加入了人工控制线路，可以更好的处理应急事件（如交通管制），晚上的黄灯闪烁对于夜间行驶的汽车起到提醒作用。3控制电路设计控制电路原理图3.1、控制电路原理将十进制加法计数器74LS160改接成四进制加法计数器作为控制电路的信

9、号发生器。与门U10A的输入端Y1和Y2分别与控制电路的八与非门U5和U15的输出端Y1和Y2相连。每当Y1或Y2输出低电平时74LS160的CLK端口将接收到一个下降沿脉冲信号，计数器加1.再通过门电路控制灯的亮与灭。控制电路真值表QBQA绿灯G2黄灯Y2红灯R2绿灯G3黄灯Y3红灯R300100001010100011000010011001010逻辑表达式：G2=QBQA Y2=QBQACLK R2=QBG3=QBQA Y3=QBQACLK R3=QB(注:CLK为脉冲信号)3.2、器件选型：74LS160、与门、或门、非门、灯泡、电源4 振荡电路设计 4.1振荡电路工作原理 石英晶体秒

10、脉冲源由 CD4060 和晶体、电阻、电容网络构成，电路如图所示。 CD4060 内部含有构成振荡器的门电路。通过外接元件构成了一个振荡频率为 32.768kHz 的典型石英振荡器。该脉冲源的输出直接接到 14 级计数器，在输出端 Q A 可以得到 0.5s 脉冲（ 32768/2 14 =2Hz ）。这种电路常用于电子表、电子钟及其它定时设备。4.2参数计算并联在两个反相器输入、输出间的电阻 R 1 、 R 2 的作用是使反相器工作在线性放大区， R 1 、 R 2 的阻值，对于 TTL 门来说通常取 0.7 2K , 而对 CMOS 门来说则常取 10 100M 。电容 C 1 和 C 2

11、 用作反相器间的耦合，它们的容抗在石英晶体的谐振频率 f 0 时，可以忽略不计。 从上图可知，石英晶体在串联谐振频率附近的选频特性非常好，只有频率 f 0 的信号容易通过，而其它频率的信号均会被晶体所衰减。因此，一旦合上电源，振荡器只有 f 0 频率信号通过，不断放大，而有稳定输出。4.3器件选型 CD4060、电阻10k 、石英晶体(32768 HZ) 计数电路设计Y2Y1计数电路原理图5.1、计数电路原理把两片74LS190通过将CLK和RCO相连实现18s倒计时。左边片子为高位实现1，0跳变。右边片子为低位实现依次8到1和9到1跳变。逻辑表达式为Y1=(QDQCQBQA)(QD1QC1Q

12、B1QA1),Y2=(QDQCQBQA)(QDQCQBQA)。当74LS190输出均为低电平时Y1和Y2均为低电平，此时74LS190被异步置数，74LS160得到一下降沿脉冲，计数器加1。当数码管显示03时Y1为高电平，Y2为低电平，给74LS160一个下降沿脉冲，使其加1.译码显示使用具有译码功能的四端口输入器件DCD HEX DIG共阴数码管.5.2器件选型：DCD HEX DIG数码显示管、74LS190、脉冲发生器、八端口与非门、非门、电源6、 夜间电路控制 C1Y2Y1夜间控制电路原理图6.1、夜间控制电路原理与门U10A的输入端接法与功能见控制电路功能。为实现交通灯的闪烁功能，接

13、一个手动开关如图所示，逻辑表达式为G2=QBQAC1 Y2=QBQACLK+C1 R2=QBC1G3=QBQAC1 Y3=QBQACLK+C1 R3=QB+C1(注:CLK为脉冲信号,C1为VCC与开关节点处的电平)夜晚时开关闭合C1=0，此时G2=G3=R2=R3=0，Y2=Y3=1.白天时开关打开C1=1，此时灯工作在正常状态。6.2、器件选型：74LS160、红黄绿灯泡、开关、与门、或门、非门、电源7系统总体电路设计7.1系统总体电路7.2 电路说明 交通灯控制系统功能图它主要由减法计数器、步骤控制器、置数逻辑电路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74LS190组成的倒

14、计时计数器的标准时钟信号源，倒计时计数器控制74LS160接成四进制加法器，使其输出两组信号灯的控制信号，经门电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分。电路刚开始工作，南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，计数电路开始从18倒计时此时，Y1=0，Y2=0，74LS160输出端输出00；当数码管显示03时，倒计时电路Y1=1，Y2=0经与门产生一个下降沿脉冲南北方向黄灯亮（黄灯闪烁），东西方向红灯亮，74LS160输出01。当数码管显示00时，Y1=Y2=0经与门产生下降沿，74LS160加1，输出10，此时南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，同时74LS190异步置数，数码管显示18；再当数码管显示

15、03时，Y1=1，Y2=0又产生一下降沿，74LS160加1输出11，此时南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮（黄灯闪烁）.依次循环。 当开关K3处于夜间模式时，南北与东西方向的黄灯亮，这样对于夜间行驶的车辆起一个警示提醒作用。对于手动控制部分，对于临时调整红绿灯情况有了很好的解决。电路里面的秒脉冲可以使用振荡电路获得，此次实验直接使用了实验箱提供的1HZ的方波信号。对于电路中替换的电路元器件使用方法和原器件基本上不变，完全可以参照电路图实现。8电路调试8.1振荡电路调试首先调测时基信号，调节发生器使之输出1Hz的时基信号。并观察其波形。8.2 计数电路调试及实验结果分析 先将Y1与74LS190的

16、LD相连,打开开关高位数码管显示从8跳转到0其间低位数码管为1.当低位数码管从0跳转到9时,高位数码管从1跳转到0.当两个数码管显示为00时,倒计时电路重复上述步骤. 将Y2与74LS190的LD相连,当为03时数码管重新显示18,再进行减法计数.8.3控制电路测试 将计数电路的Y1、Y2通过与门74LS160的CLK相连，打开开关测试电路，灯的变化情况与要求相符。8.4 夜间模式测试 将夜间模式接入电路，打开K1灯正常工作（白天），关闭K1黄灯亮，绿灯和红灯不亮。（夜晚）8.5系统联调 由于夜间模式测试时已将整个电路接好所以测试方法与夜间模式相同。9 改进意见及收获体会一个星期的课程设计很快

17、就过去了。在这一个星期里，通过上网搜索，询问老师我完成了从电路的部分结构构思到整体设计到后来的设计完成、软件仿真成功。期间我经历了许多挫折，付出了很多时间和汗水，但最后我成功了。心中极其高兴。 刚接到设计任务时，感觉只有一个字“难”，半天的资料搜索终于从大三学长那弄来了一张图，但他的电路和我的想法完全相反，由于时间紧只得暂时使用了。得到图后就是半天的在Multisim软件上接线仿真，可无论怎么接怎么改都没能成功，心中急呀。一天就这样花费在这张图上的修改与仿真了。祸不单行电脑电源此时也烧掉了，真想放弃了。但还是坚持了下来，开始抛弃原来的图自己上网搜索自己接，终于功夫不负有心人终于被我弄出来了。当

18、第二天老师检查通过时真的很兴奋。通过这次的课程设计我对计数器的进制改接，极其功能的掌握有了一个质的飞跃。运用的确是掌握知识的最好方法。这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，但是和其他同学讨论后，充分肯定了原理，设计起来就非常快了。这次课程设计真是受益匪浅呀。来源：( - 数电课程设计心得_莪系阿峙的啦_新浪博客10、器件明细清单元件数量元件数量