大学毕业设计交通灯控制器的设计与制作季严清

1、明达职业技术学院毕业设计 (论文)2009 2010学年度信息工程系 电子信息工程技术 专业班级 07电信（1）班 学号43073127 课题名称交通灯控制器的设计与制作 学生姓名 季 严 清 指导教师 陈 慕 铭 2009年12月25日交通灯控制器的设计与制作季严清摘要：本次设计的交通灯利用8051单片机的P1口输出段码经由74LS373锁存然后控制4个数码管， P0口控制6个彩灯作为交通指示灯，并通过键盘调整时间。 关键词：8051单片机 74LS373 数码管 键盘 目录绪言 3第一章 方案的选择与论证 4方案一4 方案二5第二章 电源电路的组成和工作原理6一 电源电路的组成及工作原理6

2、二 单元电路6 1 变压器6 2 桥式整流电路6 3 滤波电路及其原理8 4 稳压电路10第三章 硬件电路及其工作原理11一 主电路图11二 主电路工作原理11第四章 电路安装与调试12一 电路的组装12 二 故障的检测与排除12三 电路各部分电压与波形的测试12心得体会13参考文献14附录15绪言随着人民生活水平不断的提高，衣食住行的水平也越来越高，交通的好坏直接关系到一个城市的形象，而交通的畅通与否直接跟它所拥有的交通灯及其功能相关，本次实验要设计一个4向（其中2个方向相同故忽略不计）6灯2个数码管的简易交通灯。要求2个方向的红灯对应另一个方面绿灯和黄灯在红灯亮25秒后换成黄灯亮5秒再变成

3、绿灯亮25秒，其亮灭情况与数码管显示数字一致，并且时间可以由外接的3个简易开关调整。电源部分一直是一个至关重要的环节，它能体现资源的合理利用，信息时代各种简易的电路充斥着市场，便利着广大群众，而为这些简易电路供电的电源也变的越来越简单且节能，本次小型交通灯的实验就是采用这种简易的稳压电源，他不仅供电稳定并且设计简单合理，是实验用电源的良好模型。本次实验中的电源是由额定220V电源通过变压器形成电源后，经过桥式整流电路整流后再经过滤波电容的滤波形成交流电压通过W7805三端稳压管稳压后输出一个5V的电源与其他电源相比无论在功能是或者是成本上都有强力的竞争力。本论文不仅仅是对毕业设计的概述，同时也

4、是对三年专业知识学习的总结。平时学到的很多知识点在该论文中都得到了体现。在本论文写作过程中参考了一些书刊杂志，且引用了其中的部分资料，难以一一列举，同时次论文的完成也离不开指导老师的细心指导，在此，一并向有关书刊杂志的作者及指导老师表示衷心的感谢。第一章 方案的选择与论证本次设计一个以单片机为核心的城市交通灯控制装置，要求为：（1）应有红、黄、绿三种不同的交通信号灯；（2）红灯、绿灯信号持续30秒，黄灯信号持续5秒，并通过相应的显示单元显示出来；（3）红灯、绿灯持续的时间可以任意调整。1、方案一图1该方案主要由控制器、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

5、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工作，其工作原理框图如图1所示：其中TL表示甲车道或者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=0TY表示黄灯亮的时间间隔为5秒，定时时间到，TY=1，否则，TY=0ST表示定时器到了规定时间后，由控制器发出状态转移信号。它由控制定时器开始下一个状态的定时2、方案二采用单片机8051作为控制单元，利用74Ls373传输并锁存段码，通过数码管显示，每组各有红、绿、黄三种指示灯指示，并可通过键盘调整红灯与绿灯时间。其如电路

6、系统方框图如图2所示。单片机最小应用系统LED显示部分数码管显示部分按键调整电路图23、方案选择 方案二在电路结构上相对于方案一而言比较简单，其在时间1S的准确度也比方案一来得精确，而方案二更可以调整红灯与绿灯持续时间。综上所述，选择方案二作为本次设计方案。第二章 电源电路的组成和工作原理一 电源电路原理小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，工作原理图如图3所示。用二极管的单向导电性组成整流电路，可将交流电压变为单向脉动电压。把整流二极管当作理想元件，即认为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。但在实际应用中，应考虑到二极管有内阻，整流后所得波形，其输出幅度

7、会减少0.61V，当整流电路输入电压大时，这部分压降可以忽略。但输入电压小时，例如输入为3V，则输出只有2V多，需要考虑二极管正向压降的影响。桥式整流电路是利用变压器先将220V电压降压变成15V的电路然后经过整流电路整流后输出10V电压经过W7805三端稳压器将交流电压变为直流电压最后输出5V的稳压电源。图3二 单元电路1、变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。2、桥式整流电路整流

8、电路是利用二极管的单向导电作用将交流电变换成单方向的直流电的。因此，二极管是构成整流电路的关键元件。常见的小功率整流电路，有半波整流、全波整流、和桥式整流等几种。其中以桥式整流电路最为常用，本次设计中选用的是桥式整流电路。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大整流电路工作原理单相桥式整流电路如图4和图5所示，图中，四个整流二极管D1D4接成电桥形式（故名桥式整流电路），其输入是来自电源变压器T副边的正弦交流电压u2(=2Usinwt )，其输出加至要求直流供电的负载电阻上。需特别指出的是，整流桥的四个二极管，必须严格按照图4所示的方式连接于A

9、,B,C,D四点之间，否则，将导致变压器短路。图5是桥式整流电路的简化画法。图4图5由二极管的单向导电性，不难得出桥式整流电路的工作波形。当u2=（2Usinwt ）处于正半周时，图4所示电路中的A点电位高于B点二极管D1和D3处于正向偏置而导通,D2,D4则因反偏而截止。电源经D1,D3向负载供电，输出一个与u2正半波相同的电压，同理，当u2为负半周时，B点电位高于A点，D1,D3转为反偏而截止，D2与D4则因正偏而导通。电源经D2,D4向负载供电，此时，u0=-u2,其波形与u2的正半波相同。可见，在交流电压u2变化一周时，负载Rl上得到的却是单方向脉动的电压u0和电流i0。由于该电路在正

10、弦电压u2的正，负半周都有输出，故称这种整流方式为全波整流。滤波电路主要由储能元件电容，电感组成。下面着重介绍小功率整流电路中最常用的形式电容滤波电路。3、滤波电路滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：流过每只二极管的平均电流为：其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：其中：T = 20ms是50Hz交流电压的周期。滤波电路的原理交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤

11、波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。电容滤波RL接入（且RLC较大）时如图6所示电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。图6电容滤波电路的特点(a)输出特性(外特性)输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变, Uo和S 也随之改变。如: RL愈小( IL越大), Uo下降多, S 增大图7(b)UL与RLC的关系：RLC 愈大® C放电愈慢®UL(平均值)愈大

12、一般取：RLC (3-5)T/2(T:电源电压的周期)近似估算: UL=1.2U2图8(c)流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短®iD的峰值电流越大结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。4、稳压电路由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优

13、点。集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 24V时，UI的

14、最大值UImax = 40V。第三章 硬件电路及工作原理一、主电路图主电路图见附录一二、主电路原理利用8051单片机作为控制单元，同时利用定时计数器T0定时1S钟。每经过1S，通过P1口输出其段码，并经74LS373锁存驱动，通过数码管显示红灯与绿灯的时间，其中红灯持续30S，绿灯持续25S，黄灯持续5S,同时利用单片机P0口控制发光二极管用来显示红、黄、绿三种指示信号灯。第四章 电路的装调和故障解析在本次实验中电路的组装与调制是至关重要的一个环节，直接关系到实验的成功与否，本次实验是利用8051的P1口输出段码然后由74LS373锁存后再由数码管输出，而P0口是控制2个方向的指示信号灯情况。

15、一、电路的装调组装该电路时，起先组装电路的时候锁存用的是74LS244由于不知道其各部分引脚功能所以导致数码管输出乱码，通过网上与图书馆的资料了解了74LS244各引脚的功能以及各部分的输入输出端后重新组装电路,使数码管可以正常运行并显示对应的数字。二、故障的检测与排除在组装好电路以后，编辑好相应的程序，执行后发现输出断码没有问题，但是数码管无法显示相应的数值，总是在听到啪嗒一声后又恢复以前的数值。从各方面资料中得出结论，74LS244的锁存功能特别差致使断码无法锁存，故输出与实际偏差很大，经过指导老师的帮助，得到了解决这个问题的方法，将74LS244替换为74LS373加一个74LS02，其

16、中74LS02提供3个或非门，74LS373无论在功能或者锁存方面都比较突出，将电路重新连接后把74LS373换上，再启动电路发现这次数码管的显示正常稳定。74LS373引脚图如图12所示。三、电路各部分电压与波形的测试 当电压由变压器降压后变成10.6V，其输出波形为正弦波，通过桥式整流电路整流后其输出的电压为10.5V，而波形变为半弦波，这时电压经整流后变为直流电压，接下来10.5V直流电压通过电容滤波后且输出电压仍然不变，波形的频率降低，最后10.5V直流电压通过3端稳压管输出4.8V直流电压，波形慢慢趋于平缓，最后成为一条直线。心得体会经过一个月的努力，毕业设计基本完成了，在毕业设计的

17、实践中，学到很多有用的知识：在本文的设计和实现中，本人对一个完整的电路设计的基本方法有了基本的了解，对元件的焊接、排线、组装都有了一定的学习，也积累了不少宝贵的经验。点击运行，也基本达到预期的效果，虚荣的成就感在没人的时候也总会冒上心头。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如功能不全、外观粗糙不美观等不合理数不胜数。可是，我又会有点自恋式地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，可贵的是过程中的收获。以此语言来安抚我尚没平复的心。    毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。在这三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人

18、生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。 大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学三年，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷致谢随着毕业论文的撰写，本次毕业设计已接近尾声，这是对我们三年学习成果的总结，也是对毕业生进行的一次知识的检阅。在这次设计过程中，我们不仅巩固了专业知识，而且学会了许多专业以外的知识，我们尝试到了各种酸、甜、苦、辣，也学到了许多宝贵的东西，例如文化知识、交际能力、团队精神、动手能力、合作能力等，之所以我们这次毕业设计圆满的完成，主要是因为我们辅导老师陈慕铭不厌其烦的指导我们，由于他还要带大二的学弟、学妹，所以他每天都忙碌的为我们奔波，