交通信号控制灯的设计方案

1、学 号： 0120811360118课 程 设 计题 目交通信号灯控制器设计学 院自动化学院专 业自动化专业班 级自动化0801班姓 名黎德刚指导教师邓坚 林伟2010年07月08日课程设计任务书学生姓名： 黎德刚 专业班级： 自动化0801班 指导教师： 邓坚 林伟 工作单位： 自动化学院 题 目: 交通信号灯控制器设计 初始条件：1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。要求完成的主要任务:1 假设一路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯，2 然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。3 过25s转状态2，东

2、西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。4 再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。5 过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。6 最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。7 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排： 第1天 下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第24天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第5天 提交电路图，经审查后领取元器件；第68天 组装电路并调试，检查错误并提出问题；第911天 结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第1214天 补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名： 2010年 6月26日系主任（或责任教师）签名： 2

3、010年 6月26日目 录引言11 设计意义及要求21.1 设计意义21.2 设计要求22 方案设计32.1 设计思路32.1.1 个人方案(方案一) 32.1.2 个人方案(方案二) 32.2 方案设计32.2.1 个人方案(方案一) 32.2.2 小组方案(方案二)62.3 方案比较83 部分电路设计93.1 脉冲源93.2 计数电路103.3 译码电路113.4 逻辑门电路134 调试与检测 144.1 调试中的故障及解决办法 144.2 调试与运行结果 145 仿真操作步骤及使用说明 15结束语16参考文献17附录1 方案一总电路图18附录2 方案二总电路图19附录3 元器件清单20本

4、科生课程设计成绩评定表武汉理工大学电工电子综合课程设计说明书引言课程设计是大学教学的一大创新，也是大学阶段给学生将理论知识应用到实际的一个平台。在巩固和加强理论知识的同时，也起到了锻炼学生动手能力的作用，对于本科教学有重要的意义和作用。这次的课程设计要求我们通过运用已学的数电知识和查阅相关资料，自己设计出一套交通灯控制电路。该电路可以基本实现对十字路口交通情况的控制，并且可以循环工作。此次课程设计形式开放，设计方法和元器件基本无限制，可以让我们充分发挥自己的创造力。此次设计我将用到555定时器构成的秒脉冲发生器，74154，74LS16,以及各种逻辑门电路来实现我的方案。因此需要我能充分运用学

5、过的数电以及模电知识，来解决设计中的问题。整个设计过程，我们小组经历了选题、构思、分析、设计、仿真、调试、撰写报告等过程。每一个过程都离不开小组成员的积极探讨和配合，其间，我们遇到了很多问题，通过团队的力量这些问题得到了很好的解决，这个团队的凝聚力也得到了增强。1设计意义及要求1.1 设计意义 交通灯在大道上随处可见，他们有条不紊的工作，不足为奇，但有没想尝试过自己来设计一套交通灯控制系统呢？这次课程设计就是要我们自己动手来设计交通灯控制系统。通过设计，让我们更好的理解和学习理论知识，学会把理论应用到实际中去；通过查阅资料，更加熟悉各芯片的引脚和功能。通过设计和实物连接，来激发和增强自己的电工

6、电子方面的兴趣。1.2 设计要求：假设一路口为东西南北走向。交通灯开始工作后，东西绿灯亮25秒，通车；此时南北保持红灯，不通车。25秒后东西变黄灯，闪烁5秒东西方未过停车线的车禁止通行，过了停车线的继续通行；此时南北保持红灯。5秒过后，东西方变红灯，不通车；南北变绿灯，通车。20秒后再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。2 方案设计2.1 设计思路2.1.1 个人方案(方案一)：利用模电数电知识设计一个时序电路，来同时控制交通灯的状态。不同的输入对应不同的输出，即各个交通灯的状态，时序电路不断循环，

7、从而交通灯循环工作。 2.1.2 小组方案(方案二)：小组方案也是通过时序电路来实现，但是脉冲信号为秒脉冲，先通过时序电路把东西方向的交通灯亮灭问题解决，再通过反馈即其它门电路解决南北方向的。2.2 方案设计2.2.1 个人方案(方案一)：通过对交通灯状态变化的时间来看，发现东西和南北方向各灯保持的时间都为5的倍数，因此，可以用一个0.2HZ的脉冲做芯片脉冲源。芯片选用74154（4线-16线译码器），每一个输入地址对应一个输出状态即可。各个输出状态对应东西南北各灯的状态，灯亮用“1”表示，灯灭用“0”表示。以下为控制状态转换表.东西方红黄绿分别用RYG表示，南北红黄绿风别用ryg表示. 0.

8、2HZ脉冲发生器1HZ脉冲发生器计数电路东西方红绿灯逻辑门电路译码电路南北方红绿灯图1 交通灯控制总电路框图表1 控制状态转换表地址输入输出东西南北每个状态时间A B C DyiR Y Gr y gT(s)0 0 0 0Y00 0 11 0 050 0 0 1Y10 0 11 0 050 0 1 0Y20 0 11 0 050 0 1 1Y30 0 11 0 050 1 0 0Y40 0 11 0 050 1 0 1Y50 1 01 0 050 1 1 0Y61 0 00 0 150 1 1 1Y71 0 00 0 151 0 0 0Y81 0 00 0 151 0 0 1Y91 0 00 0

9、 151 0 1 0Y101 0 00 1 05 通过该转换表得出下列表达式：由此可见共有11个状态，故设计一个11进制的加计数器来控制74154的地址输入数据，加计数器由74ls163制作。脉冲信号由555定时器构成的多谐振荡器来产生。工作原理分析：计时电路脉冲周期为5秒，计数电路为11进制，对应上面的控制状态转换表计数电路的输出即译码器的输入二进制序列为00000100，通过逻辑门电路使东西方红黄绿灯的状态为001，南北为100；序列为0101时，东西方为010，南北方为100；序列为01101001，东西方为100，南北方为001；序列为1010时，东西方为100，南北方为010；（每转

10、变一个二进制序列经历时间为一个周期5秒）当进入无关项1011时让计数器清零，进入下一个循环。当黄灯亮时要求其闪烁，此过程通过将输入黄灯的信号与1HZ的脉冲信号相与后输入到黄灯便可实现。图2 方案一总电路图2.2.2 小组方案(方案二)：图3 方案二总电路图 该方案由脉冲源、计数器、反馈电路、控制门电路、显示器等五大部分组成。总体框图如下：反馈清零反馈清零 计数器（024与2024）计数器（3进制）显示器1HZ脉冲源逻辑门控制电路图4 方案二总体框图该电路的秒脉冲由555定时器来制作。两个74LS192用来产生024和2024的秒加计数，当一次计数从00到24或20到24时产生一进位信号到第三个

11、74LS192，用来产生地址信号，译码器将地址信号译码转变成输出信号来控制交通灯，由于采用的发光二极管为共阴极接法，后面的非门是用来实现电平的高低转换。黄灯的闪动是通过黄灯的控制信号与秒脉冲控制信号相与非而产生的信号加到黄灯的非门引脚。下面的各种门电路为信号控制信号，可以通过信号反馈来实现计数器的24秒计时，或用来控制南北方向上的灯亮灭。2.3 方案比较 第一种方案和第二种方案都是通过数电知识来实现所要求的功能，第一种方案即个人方案是设计的一个简单的时序电路来实现，每一个时序脉冲为0.2HZ，第二种方案即小组方案也是通过一个时序电路来实现，脉冲为秒脉冲，交通灯的亮灭需要反馈电路来控制。第一种方

12、案原理比较简洁直观，第二种稍微复杂。但两种方案从电路的结构上来看复杂程度接近。3 部分电路设计3.1 脉冲源利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出两种频率（0.2HZ与1HZ）的矩形方波，实现脉冲电路功能。555定时器原理图如图所示，功能表如图所示图5 555定时器原理图由555定时器组成的脉冲电路如图：图6 脉冲电路图根据功能表和电路图计算如下： 取10350即可实现输出0.2的矩形方波；取370即可实现输出1的矩形方波。3.2 计数电路计数电路采用芯片，其为四位二进制计数器，其为四位二进制加计数器，通过反馈清零法将其改为进制加计数器，电路图如下：图7 计数器电路图8 74163管脚图表2

13、 74163功能表功能0同步清零10 同步置数1101保持（包括RCO的状态）110保持（RCO=0）1111加计数3.3 译码电路图9 译码电路1 A0 VCC 162 A1 YO 153 A2 Y1 144 A3 Y2 135 E2A Y3 126 E2B Y4 117 Y7 Y5 108 GND Y6 9图10 74154管脚图表3 74154功能表3.3 逻辑门电路逻辑门电路用于实现控制东西、南北方向各灯的表达式，其电路如下图：RGrgyY图11 逻辑门电路4 调试与检测4.1 调试中的故障及解决办法调试过程中对脉冲信号进行波形检测，发现周期与理论值稍有偏差，在误差允许的范围内，故而脉

14、冲信号设计无误。方案一 没有发现什么问题，运行较顺利。方案二 在打开仿真开关后发现数码管显示乱码，经检查发现管脚电平高低位接反，改接后问题解决。另外，在192,138的输入输出端有一些灰色的点即不定状态。经检查发现仿真前电路中芯片引脚本来应该接地或接高电平的管脚没有接，按设计图接好后灰点消失，不定状态没有了，交通灯的工作运行正常。4.2 调试与运行结果按下仿真开关，对现象进行观察并做记录，总结如下表：表4 方案一运行结果时间东西状态南北状态024绿红2529黄红3049红绿5054红黄 表5 方案一运行结果时间东西状态南北状态0 24绿红2024黄红0 19红绿2024红黄结果均符合要求。5

15、仿真操作步骤及使用说明一、 建立新文件打开ISIS系统，选择文件菜单中的新建，打开图纸选择窗口，选择合适的图纸类型，确定后会自动建立一个缺省标题为untitled的文件，再选择文件菜单的另存为，将文件名改为“交通信号灯控制器设计-自动化0801黎德刚”。二、 调用对象 根据设计好的电路图来加载或调出相应元器件。具体做法为：对于电源，接地等根据对象的类别在工具箱选择相应模式的图标；根据对象的具体类型选择子模式图标。对于芯片、电阻电容等元器件在“pick devices”对话框中输入相应元件名称进行收索并添加到“devices”库中。三、 部分电路布图 根据部分电路原理图添加元件到设计界面，按要求

16、更改其属性值并连线。每连接好一个部分电路检查其功能是否正确，如有错误，进行调试修改。 四、 整体布图各个部分电路图连接好后用导线把各部分连接起来。五、 总电路调试及仿真打开仿真开关进行仿真，如有不对之处或需要改进之处先保存文件再进行修改。六、 布局美化根据图纸大小调整电路图，使其尽量在图纸内，并使图纸填充饱满美观；对于部分可就近的或者偏斜的线逐个删除后重连，是整体布局美观大方专业。 说明： 仿真时各个引脚会出现小方块表示当前逻辑状态，红色表示“1”，蓝色表示“0”。各导线被选中后，深红色的表示高电压，浅绿色的表示低电压。线上出现的箭头表示电流方向。 结束语通过这次课程设计，加强了我们动手、思考

17、和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，比如线连接不上、打开仿真开关后电路没反映等，这些问题都需要通过自己来思考或和小组成员讨论。另外，在接线时，有时心中会突然冒出一新的设计方案，局的简单些，于是就放下现有的方案去尝试新方案，却也总存在很多问题，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我觉得这次课程设计很有意义，因为我们从书本上学到的都是理论知识，在平时的实验课上的动手实验也大都是按别人设计好的电路来做，没有创新和突破。课程设计给了我们一个把理论和实际更好的结合起来的机会，通过查阅资料等，我认识了很多新的芯片，并对学过的芯片的功能有了更深的理解。 通过本次课程设计，使我从初步学会了

18、一种新的仿真软件proteus。同时，我发现在使用软件画图时一定要有条理，否则线画多了眼前会一片混乱。 一个团队的合作同样很重要，对于不清楚的问题大家可以集体讨论。整个设计过程中我们这个小组配合的比较好，工作效率得到很大的提升。同时感谢辅导老师细心及时地辅导，使我们能及时解决设计过程中遇到的问题。课程设计大学也就那么几次，我觉的我们应该珍惜，他可以锻炼我们的动手能力，也为我们以后的发展打下基础。另外，整个课程设计过程是充满艰辛和汗水，和小组成员一起探讨的日子也是美好的，难忘的，相信这将会是我人生中的一段美好回忆。参考文献1 康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版，2006.12 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社，20023 何绪芃，曾发柞.脉冲与数字电路 .成都：电子科技大学出版社，2001.14 周惠朝.常用电子元件及典型应用.电子工业出版社，2005附录1 方案一总电路图附录2 方案二总电路图附录3 元器件清单 个人方案(方案一)小组方案（方案二）元件名称数量元件名称数量555定时器2个74ls192374ls1631片74ls1381741541片74ls00174ls041片74ls02174ls081片74ls04174ls201片74ls18174ls303片