模电数电课程设计：交通灯控制电路设计[1]

1、课程设计报告课程名称： 电子技术 设计题目：交通灯控制电路 系 别： 机电工程系 专业班级： 09 商检一班 学生姓名： 王清亮 学 号： 指导老师： 徐老师 设计时间： 2010-11-28 河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院机电工程系课程设计任务书专业班级机电系商检一班学号 学生姓名王清亮指导教师徐老师设计题目交通灯控制电路主要设计内容（1） 要求甲车道和乙车道上的车辆交替运行，每秒通行时间为25秒种；（2） 要求黄灯先亮5秒种，才能变换车道；（3） 黄灯亮时要求每秒闪亮一次；（4） 要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图；（5） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参

2、数；（6） 拟定测试方案和设计步骤；主要技术指标设计一个十字路口的交通灯控制电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路禁止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。工作计划及安排11月13日讨论 11月15日查资料 11月21日完成 主要参考资料及文献1王立平数字电子技术实验讲义高等教育出版社 2004-5 2.李强电子技术基础-模拟部分高等教育出版社 2004-6 3陈孝彬555集成电路实用电路集高等教育出版社2002-8 4王刚 T

3、TL集成电路应用 机械工业出版社 2000-10 5 张文斌CMOS集成电路国防工业出版社 1998-3 目录1 、交通灯的组成. 52、单元电路的设计. 92.1、秒脉冲发生器. 92.2、定时器. 102.3、控制器. 13.4、译码器. 143.5.操作电路. 153、仿真过程与效果分析.174、元器件清单. .195、体会总结. 206、鸣谢. 211交通灯的组成 交通灯控制系统的原理框图如图12、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

4、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个工作状态的定时。状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮图1 交通灯控制系统的原理框图两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同

5、步的,所以不考虑)，如图1-2所示一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下： （1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。   （2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道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，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。   （3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔T

6、L时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。   （4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。     交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如下表所示。表1 控制器工作状态及其功能控制器状态信号灯状态车道运行状

7、态S0（00）S1（01）S2（11）S3（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，乙车道通行甲车禁止道通行，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； 

8、;     BY=1：乙车道黄灯亮；     A R=1：甲车道红灯亮；    BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的ASM图，如 图12-2所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。图3画出交通灯控制器的ASM（Alg

9、orithmic State Machine，算法状态机）二单元电路的设计（1）秒脉冲发生器脉冲信号发生器用的是555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C电路图如下图：图4 秒脉冲产生器（2）定时器定时器由与系统秒脉冲（由上面时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，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。计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序

10、波形图如图3所示，其功能表如表12、2所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数控制端，CTp、CTT是计 图12、2 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图12、4所示。图5 74LS163的外引线排列图 图6 74LS163时序波形图表2 74LS163功能表图7 定时器电路图（3）控制器  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3所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时

11、序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项"X"表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。 表3 控制器状态转换表根据表12、3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中"1"用原变量表示，"0"用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：&#

12、160;   根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值（Q1n、Q0n）加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图、5所示。图中R、C构成上电复位电路 。图8 控制器逻辑图(4）译码器     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6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。表4控制器状态编码与信号灯关系表状态AG AY ARBG BY BR001&#

13、160;   0    00    0    1010    1    00     0     1100    0    11     0     0110 

14、   0    10     1     0由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CP脉冲，一部分送给了定时器的74LS163芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片。在脉冲ST同时加到定时器74LS163芯片的情况下，通过芯片74LS00将会输出TY。T/Y/；TL。T/L/。即TY和T/Y/放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和T/L/放大的结果是秒脉冲的25倍。前者输出的信号是后者的1/5。将定时器输出的TY。T/Y/；TL。T/L/分别作用于控制

15、器的芯片74LS153中，在CP脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平。控制器中的信号在送给由芯片74LS00组成的译码器后再通过电路中的指示灯和100欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。下图为译码器部分的逻辑图 图9译码器部分的逻辑图五 操作说明1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有个时间显示器，6个交通信号灯。但由于芯片没有,只有用实验室的示波器来看秒脉冲时间。2、打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，打开总开关，东西方向车道的绿灯亮；南北方向车道的红灯亮，示波器，显示时间为25秒，然后黄灯以每一秒

16、的速度闪亮，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。再过4秒后，电路又转换成预置的25秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。如此循环下去。具体时间见下表：表5 循环时间表南北东西时间（S）绿灯黄灯红灯绿灯黄灯红灯100000250100014001100001010 六 仿真过程与效果分析电路试调电路连接完后，要进行调试，以检测是否达到要求。实践表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达到预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的测试和

17、调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。调试前的检查电子安装完毕，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要仔细检查。其检查内容包括：（1） 连线是否正确 检查的方法通常有两种方法：a.按照电路图检查安装的线路这种方法的特点是根据电路图连线，按一定顺序安装好的线路，这样比较容易查出哪里有错误。按照实际线路来对照原理图电路进行查线这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件引脚的线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可

18、以查出错线和少线，还容易查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。 元器件的安装情况 检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要接反。调试方法与原则通电观察把经过准确测量的电源接入电路。观察有无异常现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应立即断电源，待排除故障后才能通电。一步对电路参数提出合理的修正。调试中注意的事项为了保证效果，必须减小测量误差，提高测量精度。为此，需注

19、意以下几点： （1） 正确使用测量仪器的接地端（2） 测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。（3） 仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。要正确选择测量点。（4） 用同一台测量仪进行测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。（5） 调试过程中，不但要认真观察和测量，还要于记录。记录的内容包括实验条件，观察的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。（6） 调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题

20、就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查.调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。对于本交通灯来说，只要不出现异常的现象，一般不需要调试，直接进行测量。测试电路中线路是否接通 同上用万用表的欧姆档，测试每一组的连通的线，将两表笔接到被测的一组线的起始线和末端线的两端，看电阻是否为零，如果是零，则证明是通的；如果是无穷大，则证明中间有线是短开的，则要一根一根的检查该组的没一根线，直到查出为止。通电后的测试（1）测试电源用万用表的直流电压档，测试输入电源的电压，看是否达到额定电压（本产品为+5V），如果不是，则换电源。（2）测试芯片的电源输入端同

21、上用万用表的直流电压档，测试芯片的接地端与接电源端的点呀，看是否达到芯片的额定电压（本产品所用的芯片都是+5V），如果不是，则检查其线路是否接错。七元器件清单 集成电路 74LS74 1片 74LS10 1片 74LS09 1片 74LS153 2片 74LS163 3片 74LS00 1片 74LS04 1片 N555 1片 芯片座若干 电容 10F , 0.01F , 1F , 0.1F 各一支 电阻 47K 两个 1K 一个发光二极管 6 个 八体会总结通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。巩固数字逻辑电路的理论知识， 方案总共只用了八个芯片，对163计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使DJ触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理