交通灯数电课程设计方案报告说明书

PAGEPAGE2课程设计报告—-数字电子技术题目:交通灯模拟电路院系：机电工程学院专业：电子科学与技术学号:2０11０６61１08学生姓名:廖炜旭指导教师:陈金兰起止日期：2013年３月18日—-２013年３月22日摘要交通灯控制电路是为了解决现代社会交通拥堵及易发交通事故，规范驾驶者的行车规则而设计的。我们做交通灯控制系统电路是将所学习的理论知识用于生活实际，进一步深入理解和掌握５５5定时器、74HC１60计数器、74HC1５3选择器、74ＬＳ4７译码器等电路元器件的工作原理和作用。本文着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统,从课程设计的题目要求出发，设计了一个东西方向和南北方向单向通行十字路口的交通灯控制电路.首先进行交通灯状态变换的分析和交通灯总体框架的设计，接着提出了2种电路设计方案,通过优劣比较后选定了方案２:先设计让计时显示器按规律运行的电路，再通过计时电路的信号来控制交通灯按4种状态循环变换.电源采用5Ｖ的直流电。1Hｚ脉冲由555定时器产生，用两块７４HC160实现计时，一块显示十位,一块显示个位，用2个Ｄ触发器7４HC７4实现６0s，30s,4s时间的转换；利用计时电路控制４个状态。最后通过74HC1５3和相应的逻辑门实现对交通灯亮灭的控制。目录1、设计要求与目的．．...．.．．。..。。。．.．...。.。。。。。。。．．．.。。。..．。．...。。。．..。．.．。.。.。.。。.．。．.41。1设计要求。。.．．。.。。...．．.。．.。。。。。．.。。．。.。.。。。．．．。．。。．。.．．。...。。.．。．..．.．..41．2设计目的．．。．.．．．．．..。。.．。。.．．．。．.。...．...。.。。．．。.．。..。．..。。。.．..．.。。。。．.42、方案比较及电路工作原理。．.．。...．.．.。。。。。.．．．。..．．.．..．。...．。。.．。。。..。..。.。。。42.１方案比较及优选.．。。．。．．。．．..。。。。．。。.．。。。．．.．。．．..．．。.。．．.。.。。。.．．．4２．2方案二电路图原理如下.。..。.．.．。．.。.。。。。。．。．.。...．．.．．。.。。。。.．.。．。。。.。５2.2．1脉冲电路。．．．.。.．。。。.．．。．．。。．．。。。。。。．。．。．..．.．..。..．.。。。..．．.。．.．..。.．52。2。2倒计时电路.。.．．.。。.．。。.．．。．..．.．．．。。..。.．。．。.。.。。。．.。..．。.。。.．．。...。．．。.6２。２.3状态控制电路．.．。。．。.．。。。..．。.．.。．.。。。.。．..。.．．．。。．．.．...。.．。.．．。82。２.4灯显示电路.．．.。.．．.．．.．。.。．.。．．.．．。。．。。．．。.。．。．．..。．．。..。..．..．8３、PCB版制作与调试..．..．.。。。。.。．...。.．。.。。。..。。。.。..．。。.。．.．。。．.。。.．．。..．。．．。。.。．．94、电子元器件清单．．。。．。。。。．.。。。.。.。.。．。．.。.．．。。.。．。。。。。。.。.．。．.．。。.。。.．。..。..。．．11５、实验、调试及测试结果与分析．。。。．。.。...。．。.。．。。．.。。..。.．.。。。..。。.．..。.．。。11参考文献.。。。...．．.。..．．。。．。.。．．。。．．。．..。.．..。。．。..。。.．。。．..．．．.．.．。．．。。...．..。.．．．．．.１2附录一．。。．．.．。。。．.。.．.。．．．.．。．.．．。．．。．。。。.．。.。．。。．.．.．。.。.．．.。.．.．。.．．．。．。．．．.．。．..。．。.。。．.。．.．．．１３附录二．.．．.．...．．．．。。．。．．。。。。．。.。．．．。.。．.。...．.．。.．。..。．．。。.．.。．。．..．.。.。.。。。。。。．.．．.。。。1４交通灯模拟电路1、课程设计任务及要求：１.1设计要求：设计一个东西方向和南北方向单向通行十字路口的交通灯控制电路。要求如下：（1）南北方向（主干道）车道和东西方向（次干道)车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为６0s、次干道每次通行间为30ｓ;(2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用计时的方法）；(3）在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮4ｓ钟，才能变换运行车道；(4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；（５）同步设置人行横道红、绿灯指示。（6）设计相关提示：所设计的交通路口为一十字路口,不涉及左右转弯问题。１.2设计目的：通过此次交通灯控制电路的设计,调制电路与PＣB板的制作,了解常用电子电路设计的思路与过程,要求学会怎么通过PRＯＴＥL绘制电路原理图，通过原理图导入成PCB图，以及PＣＢ板的制作流程。同时,掌握交通灯控制电路的基本原理，其所涉及的通过5５５定时器产生秒脉冲信号,译码转换电路控制红绿灯的转换,利用加减计数器对时间的控制,我们应该通过此次设计举一反三，学会了利用逻辑门电路与D触发器实行状态的转换和红绿黄交通灯的控制。2、方案比较及电路工作原理：2。１方案比较及优选从交通灯控制电路功能模块框图可知在倒计时电路，状态控制电路,灯显示电路这三块电路产生设计分歧。所以实现交通灯控制电路可以有２种方案：(1)先设计出让交通灯按4种状态循环变换的灯显示电路，再通过灯的状态控制计时显示器的显示的功能;(2）先设计让计时显示器按规律运行的电路,再通过倒计时电路的信号来控制交通灯按4种状态循环变换;方案1，２均符合设计的要求，但通过具体实践和分析方案１显示电路需要比较多的芯片,其电路不是太复杂,但是过程比较繁琐.而方案2让显示电路来控制灯的发亮,这样显示电路就不受其他信号的影响，并且通过显示电路来控制交通灯的状态变换比较容易。综上所述，选择方案２来设计具体的电路。2．2方案二电路图原理如下交通灯控制状态分析：交通灯控制电路，要求每个方向有三盏灯,分别为红、黄、绿，配以红、黄、绿三组时间到计时显示。一个方向绿灯、黄灯亮时,另一个方向红灯亮.每盏灯顺序点亮,循环往复，每个方向顺序为绿灯、黄灯、红灯。交通灯的运行状态共有四种，分别为:状态0:东西方向车道绿灯亮，车道，人行道通行；南北方向车道红灯亮，车道,人行道禁止通行。状态１:东西方向车道黄灯亮，车道,人行道缓行;南北方向车道红灯亮，车道，人行道禁止通行；状态2:东西方向车道红灯亮,车道，人行道禁止通行;南北方向车道绿灯亮,车道,人行道通行；状态3:东西方向车道红灯亮,车道，人行道禁止通行；南北方向车道黄灯亮，车道,人行道缓行；４种状态循环往复。交通灯电路的具体运行状态框图如图2．1(人行道交通灯未标明)所示2。2。１脉冲电路利用555定时器为主组成多谐振荡器,输出1Ｈz的矩型方波，实现脉冲电路功能。５5５定时电路５5５定时电路根据T=ln2(Ｒ1+2Ｒ２）＊C１计算:取R1=Ｒ２=10ｋC１=4７uFC2=０．1ｕF计算出较为准确的周期T＝１s2．2。２计时电路十字路口要有数字显示,作为计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为:当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每ｓ加1的计数方式工作，直至加到数为6和0,十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束,而进入下一步某方向的工作循环。根据题目的要求南北方向（主干道）车道和东西方向(次干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为6０ｓ、支干道每次通行时间为3０s。也就是一个循环是９0s，如此先显示６0s后显示3０s计时,然后再显示60s计时，以此类推.设计时采用两块74HC16０,一块是显示十位，一块是显示个位。个位接成十进制，从0开始计时，当到达9时，向高位发出一个进位信号，再继续从0计时.一开始使十位数置数为0，二进制为0０00,个位数为0，二进制为0000，此时个位产生一个进位信号给十位的脉冲输入端,十位的74HＣ160芯片计时一次,结合个位的设置，电路从００开始计时。当主车道绿灯亮了５6s，此时，个位显示6，十位显示5，主车道的绿灯熄灭,主车道的黄灯开始计时闪亮４ｓ，当计时到60后，个位芯片7４ＨＣ16０发出一个进位信号，向高位进数，但是高位已经是６了，按照要求此时十位应该是从0翻转4，即二进制0１０0,为了实现这功能,通过研究十位的二进制数发现，十位的二进制是从0０00到0101计数完,翻转为二进制００00,然后从000０、000１到0101计时,当到０1０1后就结束一个循环,又从0000开始新的一个循环。从二进制0０1１和001０两个不同的预置数，发现可以用1个D触发器74LS7４接成T触发器并把Q端接至十位计时的最低位来完成这个功能。高位产生进位信号时将Ｑ端的信号置入,当这个进位信号（低电平）消失后,产生一个上升沿的脉冲信号，使T触发器翻转然后保持，下一个进位信号来时就把此时的Ｑ值置入（此时Q值为原来的非，即由0变１或由１变０），然后翻转。通过以上置数方式可实现001１和0010的交替置入.另外，通过在特定时刻（倒计时高位由０0０0变为0010后）对T触发器进行清零，可实现主次干道通行时间的调整。最后将电路的倒计时接到译码器74ＨＣ４511，再接到共阳极数码显示管上显示十进制数字.计时电路计时电路2。2。３状态控制电路如图２．1，用计时控制灯的变化，先将图示状态0、1、2、3编码为00、0１、10、11,当计时为60、3０、４的时候产生一个信号给状态转换的电路，而这个信号是电平信号的话就很难实现，所以又用了边沿触发,此时用计数器表示状态，取其低两位的计数态0０、０1、10、1１为灯的状态，这样的话，来一个边沿信号就能使计数器加一，实现上述四状态转换。状态控制电路状态控制电路２。2.4灯显示电路首先要把控制的脉冲接入计数器74LS160的非减数的脉冲端,因为脉冲主要有四个，四个为一个循环，只取计数器的低位两位即可，除了让计数器工作的接入端需要接电平外，其他端都不用接,再将计数器的低两位接入译码器74HC15３的低位两端，从译码器输出四位0y、1y、2y、3y信号,低电平有效,每一种低电平表示一种状态,用1Ｇ、1Y、R表示主干道的绿灯、黄灯、红灯，用2G、2Y、2R表示支干道的绿灯、黄灯、红灯，用１2G、１2Ｒ表示主干道方向上的人行道,用22G、22R表示支干道上的人行道,得出状态表如表３所示。为了让黄灯能每s闪亮一次，可以在黄灯那里加入一个与门,把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号，与门的另一端接入时间脉冲，那么黄灯就可以实现每s闪亮一次的功能了。灯显示电路灯显示电路3、ＰCB板制作与调试：3。1PCB设计PＣB板的制作是运用Protel软件来绘制，利用Pｒotel制板的基本流程：准备原理图，设置PCB设计环境，载入网络表，并纠正网络表的宏错误，布线规则设置，布线，ＰCB的优化，DTC检查,保存文件与输出。准备原理图：根椐所画的电路图，在元件库中查找到所要求的元件符号,在ｐroｔel中绘制出原理图，在选择元件的时候特别要注意元件的封装是否符合所需的封装要求。布线设置主要设置线宽为40mｉl、孔大小为0．8ｍm,采用底层布线,其他为默认设置.布线采用单面板布线。布线原则：逻辑清晰、接线牢固、测试方便、美观大方.ＰCＢ的优化主要设置焊盘的大小与某些线的宽度及布线的路径。焊盘一般采用方框为78．7４mｉl×39．37ｍil.DTC检查的主要任务是对先前的设计规则进行检查，查看是否有违反规则的地方,如实际线宽是否比规则设置中的最大值还大或小,是否还存在没有彻底布通的网络等。保存文件与输出是保存设计中的各种文件，并打印输出,包括ＰＣB文档、元件清单等。设计工作结束。打印时可以把孔打印成实心,可以自己控制孔的大小方便打孔.3。2热转印通过打印机PCＢ图打印到热转印上,然后选择大小合适的铜板，将铜板表面打磨干净之后，用带有PCB图的那一面同铜板贴紧,经过热转印机，温度约120度,转印三次,即把热转印纸上的PCB图转印到铜板上。３.3腐蚀腐蚀这一过程是电路板成功的关键，将腐蚀液倒入腐蚀机加热至75度后，将已经热转印的铜板放入腐蚀机进行腐蚀，腐蚀时间约一分钟即可。拿出洗净后如果没有发现断线、短路等情况即可。3。4焊接元件根据原理图，在ＰCB板上焊接元件。焊接时要特别注意不要出现在虚焊、短路等，元件的正负极反接、错接。ＰCB原理图ＰCB原理图4、电子元器件清单：元器件数量开关1发光二极管8(红4、黄2、绿２）１６脚管脚６14脚管脚6８脚管脚１贴片电阻(330）5贴片电阻（10k)2贴片电阻（１ｋ）2贴片电阻（１０0）１电解质电容（47uF)1贴片电容（０.01uF）1共阳数码管2７4LS47２74ＬＳ1602７4ＬS1532７4HC74274LS10174ＨC04１74HＣ081７4LS321NE5551５、实验、调试及测试结果与分析:经过近一个多星期的课程设计,充分认识到理论知识和实践结合的重要性.经过近两年的理论基础的学习,成功的将理论运用如实践，并成功的制作出PCB板，在设计中，耐心和细心是很重要的。但最终在焊接完元器件时却出现了诸多问题,使得交通灯不能正常工作。检测下列问题:１、秒脉冲信号发生电路是否产生脉冲把万用表调到２０V电压档,万用表负极接地,正极接555定时器“3”针脚,刚开始5５5芯片通电后，电压总是被拉低,（即将3。6V电压拉至3．１V）采取的措施是:检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，均正确时更换了芯片。且检查了电路板。最终此问题至今未搞懂。但过了些时间，自动正确。２、数码管不能正常显示数码管显示乱码，我检查了译码芯片７4LS47是否接线正常，然后检查各针脚对应输出是否正确，最后检查数码管接线是否正确.如果数码