《電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計報告-簡易交通信號燈控制器課程設(shè)計.docVIP

電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告 題 目 簡易交通信號燈控制器 學(xué)院（部） 汽車學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 6 月 29 日至 7 月 3 日 共 一 周目錄一、 主要技術(shù)指標(biāo)和要求 2二、 摘要 2三、 總體設(shè)計方案論證及選擇 2四、 設(shè)計方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明1、 設(shè)計方案的原理框圖 32、 總體電路原理圖及說明 4五、 單元電路設(shè)計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算 1、cp脈沖發(fā)生器電路 52、主控電路模板 73、組合邏輯電路模塊 84、負(fù)載電路 11六、 收獲與體會，存在的問題 12七、 參考文獻(xiàn) 13八、 附件（元件材料清單、原理電路圖或其他說明） 14一、 主要技術(shù)指標(biāo)和要求（1） 定周控制：主干道綠燈亮45秒，只感支干道綠燈亮25秒；（2） 每次由綠燈變?yōu)榧t燈時，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡；（3） 分別用紅、黃、綠色放光二極管表示信號燈；（4） 設(shè)計計時顯示電路。二、 摘要在現(xiàn)代城市中，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。目前的交通信號燈電路大多分為主干道電路和支干道電路，通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐贩謩e對主干道和支干道進(jìn)行控制，達(dá)到合理的亮滅規(guī)律，從而很好的規(guī)范人們的出行秩序。本文設(shè)計的簡易交通信號燈控制器方案分四大模塊：1，脈沖信號發(fā)生模塊。采用555秒脈沖發(fā)生器提供脈沖信號；2，主控制器模塊。采用74ls161型4位同步二進(jìn)制計數(shù)器加上清零電路；3，組合邏輯電路模塊。利用74ls161的四個輸出端和門電路構(gòu)成組合邏輯電路來輸出相應(yīng)的高電平或低電平；4，負(fù)載。通過這四個模塊來實現(xiàn)對交通信號燈的控制。三、 總體設(shè)計方案論證及選擇方案一：用多個不同步的信號分別控制各信號燈的開關(guān)，即分別用持續(xù)45s、5s、25s、5s的倒計時計數(shù)器來控制各信號燈。方案二：交通信號燈的狀態(tài)可以分為四種，且四種狀態(tài)的周期和為t=45+5+25+5=80s，所以信號燈的每個循環(huán)周期為80s，因此，可以利用兩個74ls290型十進(jìn)制計數(shù)器組成一個八十進(jìn)制的計數(shù)器的周期為80*1s=80s。電源接通時，計數(shù)器為零，此時主干道綠燈和支干道紅燈點亮，其余燈關(guān)滅；此后，經(jīng)過組合邏輯電路使得當(dāng)計數(shù)器的第45個脈沖、50個脈沖、75個脈沖和80個脈沖到來時，分別控制信號燈狀態(tài)改變，達(dá)到預(yù)計要求。方案三：選擇74ls161型同步二進(jìn)制計數(shù)器，其共有十六個狀態(tài)。用555定時器產(chǎn)生周期為5s的時鐘脈沖，所有計數(shù)器循環(huán)周期為16*5=80s，并對應(yīng)信號燈的80s工作循環(huán)。然后將計數(shù)器的四個輸出端接上相應(yīng)的組合邏輯電路，產(chǎn)生高電平或低電平分別控制六個信號燈。電源接通時，計數(shù)器為零，此時主干道綠燈和支干道紅燈點亮，其余燈關(guān)滅；此后，經(jīng)過組合邏輯電路使得當(dāng)計數(shù)器的第9個脈沖、10個脈沖、15個脈沖和16個脈沖到來時，分別控制信號燈狀態(tài)改變，達(dá)到預(yù)計要求。綜合分析，方案一電路比較復(fù)雜，且要使用我們不熟悉的減法計數(shù)器；方案三采用74ls161型四位同步二進(jìn)制計數(shù)器，與方案二的八十進(jìn)制計數(shù)器相比，結(jié)構(gòu)簡單，更容易實現(xiàn)，且我們對74ls161型四位同步二級制計數(shù)器更加熟悉。所以選擇方案三。四、 設(shè)計方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明1、設(shè)計方案應(yīng)滿足的信號燈亮滅表0-45s45-50s50-75s75-80s主干道綠燈亮黃燈亮紅燈亮支干道紅燈亮綠燈亮黃燈亮設(shè)計方案的原理框圖脈沖信號發(fā)生器t=5s計數(shù)器電路 清零電路 74ls161組合邏輯電路負(fù)載信號燈圖1 設(shè)計方案原理圖2、總體電路圖 電路工作原理簡要說明：接通電源后，計數(shù)器清零，555定時器輸出周期為5s的時鐘脈沖。計數(shù)器輸出的信號經(jīng)過譯碼電路后，完成如下功能：清零后，q3=q2=q1=q0=0，主干道綠燈和支干道紅燈置1點亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?個脈沖來到時，q3=q0=1，q2=q1=0，主干道黃燈和支干道紅燈置1點亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?0個脈沖來到時，q3=q1=1，q2=q0=0，主干道紅燈和支干道綠燈置1點亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?5個脈沖來到時，q3=q2=q1=q0=1，主干道紅燈和支干道黃燈置1點亮，其他燈置0關(guān)滅；當(dāng)?shù)?6個脈沖來到時，q3=q2=q1=q0=0，主干道綠燈和支干道紅燈置1點亮，其他燈置0關(guān)滅，即進(jìn)入下一個工作循環(huán)。五、 單元電路設(shè)計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算1、 cp脈沖發(fā)生器電路cp脈沖發(fā)生器由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路，也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，不需要外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。下圖是cb555定時器組成的多諧振蕩電路注：r1，rp，r2，c是外接元件。第一個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp1，即電容c的充電時間為：tp1=r1*c*ln20.7r1*c；第一個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp2，即電容c的充電時間為：tp2=r2*c*ln20.7r2*c；振蕩周期t=tp1+tp2=0.7(r1+r2)*c=5s;振蕩頻率為f=1/t0.2hz;得(r1+r2)*c=7.14，即(r1+r2+rp)*c=7.14;根據(jù)以上的計算結(jié)果，我選擇r1=r2=240k，rp=240k，c=10f，t=0.7(r1+r2+rp)*c=5.04s，與要求結(jié)果近似相等，選擇方案可行。vcc=5v,調(diào)節(jié)rp時，通過二極管的最大電流imax=5/2400000.00002a=0.02ma。所以，選擇2ap2二極管，其最大整流電流為16ma，反向工作峰值電壓為30v。針對555定時器，我們選擇cb555芯片，其管腳圖和原理電路圖見附件。2、 主控電路模板主控電路主要由74ls161型同步四位二進(jìn)制計數(shù)器和清零電路構(gòu)成。a 計數(shù)器電路。按照要求，交通信號燈的亮滅規(guī)律：主干道支干道狀態(tài)紅燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈0s亮滅滅滅滅亮145s滅亮滅滅滅亮250s滅滅亮亮滅滅375s滅滅亮滅亮滅480s亮滅滅滅滅亮1按照信號燈的亮滅規(guī)律，可以將信號燈的狀態(tài)分為四種，且四種狀態(tài)的周期和為 t1+t2+t3+t4=80s。主控電路觸發(fā)器選用74ls161型十六進(jìn)制計數(shù)器，將cp脈沖發(fā)生器電路產(chǎn)生的五秒脈沖加在計數(shù)器的cp端，由q3q2q1q0輸出信號，作為邏輯電路的輸入。b、清零電路。電路在開始工作前應(yīng)先進(jìn)行清零工作，以保證計數(shù)器的初始狀態(tài)q3=q2=q1=q0=0。清零支電路由兩個電阻和一個電容組成，其電路圖： 清零電路簡要說明：經(jīng)查找資料，74ls161型十六進(jìn)制計數(shù)器的清零端低電平有效，即電壓要小于0.4v，清零完成時，高電平電壓要大于2.4v。當(dāng)接通電源時，電源為清零電路提供一個5v的電壓，電容進(jìn)行充電，要保證電路能夠正常清零，充電時間要大于20ns，并且清零后c1兩端電壓u要大于2.4v。因此選擇c1=10f，r3=10，r4=1000則充電時間t=c1*r3=0.00001s20ns， u=5/(10+1000)*10004.952.4v滿足清零要求。3、 組合邏輯電路模塊a.根據(jù)設(shè)計要求，得到計數(shù)器狀態(tài)輸出與信號燈狀態(tài)表 (g1,y1,r1分別表示主干道上的綠燈，黃燈，紅燈;g2,y2,r2分別表示支干道上的綠燈，黃燈，紅燈;其中1表示燈亮，0表示燈滅)計數(shù)脈沖數(shù)q3q2q1q0g1y1r1g2y2r2狀態(tài)0000010000111000110000120010100001300111000014010010000150101100001601101000017011110000181000100001910010100012101010 001100311101100110012110000110013110100110014111000 110015111100101041600001000011根據(jù)邏輯狀態(tài)表，可以分別得到六個信號燈的邏輯表達(dá)式：根據(jù)以上邏輯式，應(yīng)用與門、或門、非門組合邏輯門電路設(shè)計信號燈控制電路，分別控制六個信號燈。 電路圖如下： g1 y1 r1 g2 y2 r2 q3 q2 q1 q0本電路共有12個非門、3個2輸入端或門、7個雙輸入端與門、1個三輸入端與門、2個四輸入端與門、1個三輸入端或門。經(jīng)過上述邏輯組合電路之后，由計數(shù)器發(fā)出的四個輸入信號可以通過相應(yīng)的組合邏輯電路產(chǎn)生高電平或低電平，分別控制六個信號燈的亮滅狀態(tài)。4、 負(fù)載電路當(dāng)邏輯門電路輸出為高電平時，發(fā)光二極管正向?qū)?，信號燈亮；?dāng)邏輯門輸出為低電平時，發(fā)光二極管截止，信號燈滅；從而實現(xiàn)了控制信號燈亮滅的功能。電路運行中，為了防止由于電路中電流過大，而導(dǎo)致發(fā)光二極管損壞，采用3k的限流電阻加以限流。 負(fù)載信號燈電路元件選擇及相應(yīng)的參數(shù)計算：在不考慮其他電阻的情況下，通過二極管的最大電流im=5/30001.67ma，經(jīng)查資料可以選擇：sl-0603ug型綠光發(fā)光二極管（最大整流電流im=0.02a）bq5446urd型紅光發(fā)光二極管（最大整流電流im=0.02a）sl-hf3020型黃光發(fā)光二極管（最大整流電流im=0.02a）六、 收獲與體會，存在的問題1. 收獲與體會電工與電子技術(shù)課程設(shè)計實踐周，是以學(xué)生自己動手動腦，它將基本技能訓(xùn)練，基本工藝知識和創(chuàng)新啟蒙有機結(jié)合，培養(yǎng)我們的實踐能力和創(chuàng)新精神。作為信息時代的大學(xué)生，僅會書本理論是不夠的，基本的動手能力是一切工作和創(chuàng)造的基礎(chǔ)和必要條件。我們的任務(wù)是設(shè)計一個簡易交通信號燈控制器，盡管這個在理論上來講并不是很難，但是實際設(shè)計的時候，我們還是遇到了不小的難題。首先，雖然課本上有相關(guān)電路的知識，老師也給我們講過這方面的知識，但是，真正遇到讓我們自己設(shè)計一個，一切從零控制器開始時，我們就有點茫然不知所措了。書到用時方恨少，我們深深體會到了課堂上所學(xué)知識的局限性。對于一些電子元件的選擇，電路的連接，電路圖的繪制等等方面，我們一開始都沒法下手。后來，我們通過查閱資料，通過網(wǎng)絡(luò)的范本，慢慢地了解、認(rèn)識，最終完成了這份課程設(shè)計。通過這次設(shè)計，我的體會主要有以下幾點。第一、課本知識的局限性。我們課堂上所學(xué)的知識只是限于理論上的，但是實際應(yīng)用起來，有很多問題需要考慮，因此，必須通過各種方法來了解這些細(xì)節(jié)問題。第二、平時要保持良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)態(tài)度。這次設(shè)計充分地暴露了我們電工技術(shù)知識的不足。因此，平常我們學(xué)習(xí)的時候，不應(yīng)該局限于課堂知識，而應(yīng)該廣泛地涉略，時刻保持良好的學(xué)習(xí)積極性和心態(tài)。第三、要學(xué)習(xí)一些實用軟件。本次設(shè)計需要畫電路圖，我們由于不會使用protel 和protues，所以畫電路圖很麻煩。平常，我們應(yīng)該多學(xué)習(xí)這類實際應(yīng)用型的軟件，這對于日后發(fā)展都是有很大作用的。這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。2. 問題與不足 本次課程設(shè)計中還存在著許多問題，比如：組合邏輯電路部分電路結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、使用的電子元件過多等，我認(rèn)為這于我們自身的設(shè)計經(jīng)驗不足，設(shè)計思路不夠靈活，知識儲備不夠扎實有密切關(guān)系。只有在以后的學(xué)習(xí)中注重積累，善于總結(jié)，才能將知識融會貫通，靈活運用。七、 參考文獻(xiàn)1. 電工學(xué)下冊-電子技術(shù)，秦曾煌主編，高等教育出版社。2. 現(xiàn)代電子技術(shù)實踐與課程指導(dǎo)，謝云，易波等主編，機械工業(yè)出版社。3. 電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計，蔡忠發(fā)主編，浙江大學(xué)出版社。4. 電子電路實驗及應(yīng)用課題設(shè)計，盧潔成，陳立生等，中國科學(xué)技術(shù)出版社。5. 電工電子技術(shù)，劉耀元主編，北京理工大學(xué)出版社。八、 附件（元件材料清單、原理電路圖或其他說明）1 元件材料詳細(xì)清單序號名稱型號參數(shù)數(shù)量1定時器cb55512十六進(jìn)制計數(shù)器74ls16113紅光發(fā)光二極管bq5446urd24黃光發(fā)光二極管sl-