課程設(shè)計（論文）交通燈控制器課程設(shè)計

1、 交通燈控制器課程設(shè)計院 系： 物理與電子科學學院 專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù) 班 級： 電信04-01班 學 號： 姓 名： 指導老師： 設(shè)計時間： 2006.6.262006.7.7 目 錄一、ewb簡介-11.1、ewb的特點-11.2、初識ewb-21.3、ewb上的虛擬器件-21.4、ewb上的虛擬儀器-21.5、ewb綜合評定-3二、電路設(shè)計 -4 2.1、設(shè)計目的 -42.2、設(shè)計要求 -42.3、設(shè)計思路 -42.4、基本過程 -5三、電路的調(diào)試和仿真 -83.1、理論結(jié)果與實際數(shù)值 -83.2、仿真問題 -93.3、ewb缺陷-9四、總結(jié)和心得 -10參考文獻-12附錄 -

2、13附錄a：交通燈控制器原理圖 -13附錄b：實驗儀器與器件列表 -14一、ewb 簡介1.1 ewb的特點電子工作平臺electronics workbench 軟件是由加拿大的interactive image technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件。electronics workbench 具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點，它改變了有些電路仿真軟件輸入電路采用文本方式的不便之處，創(chuàng)建電路、選用元器件和測試儀器等均可以直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器的操作開關(guān)、按鍵、圖形同實際儀器極為相似。通過電路仿真，可以幫助學生更快、更好地掌握課程講

3、述的內(nèi)容，熟悉常用電子儀器的測量方法，掌握電路的性能。進一步培養(yǎng)學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。電子工作平臺的設(shè)計試驗工作區(qū)好像一塊面包板，在上面可建立各種電路進行仿真實驗。電子工作平臺的器件庫可為用戶提供350多種常用模擬和數(shù)字器件，設(shè)計和試驗時可任意調(diào)用。虛擬器件在仿真時可設(shè)定為理想模式和實模式，有的虛擬器件還可直觀顯示，如發(fā)光二極管可以發(fā)出紅綠藍光，邏輯探頭像邏輯筆那樣可直接顯示電路節(jié)點的高低電平，繼電器和開關(guān)的觸點可以分合動作，熔斷器可以燒斷，燈泡可以燒毀，蜂鳴器可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音，電位器的觸點可以按比例移動改變阻值。電子工作平臺的虛擬儀器庫存放著數(shù)字電流表、數(shù)字

4、電壓表、數(shù)字萬用表、雙通道 1000mhz 數(shù)字存儲示波器、999mihz數(shù)字函數(shù)發(fā)生器、可直接顯示電路頻率響應(yīng)的波特圖儀、16路數(shù)字信號邏輯分析儀、16位數(shù)字信號發(fā)生器等，這些虛擬儀器隨時可以拖放到工作區(qū)對電路進行測試，并直接顯示有關(guān)數(shù)據(jù)或波形。電子工作平臺還具有強大的分析功能，可進行直流工作點分析，暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，高版本的ewb還可以進行傅立葉變換分析、噪聲及失真度分析、零極點和蒙特卡羅等多項分析。使用ewb對電路進行設(shè)計和實驗仿真的基本步驟是：1.用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；2.選定元件的模式、參數(shù)值和標號；3.連接信號源等虛擬儀器；4.選擇分析功能和參數(shù)；5.激活電路進行仿真；6.保存

5、電路圖和仿真結(jié)果。1.2 初識ewbewb5.0版的安裝文件是ewb50c.exe。新建一個目錄ewb5.0作為ewb的工作目錄，將安裝文件復制到工作目錄，雙擊運行即可完成安裝。安裝成功后，在工作目錄下會產(chǎn)生可執(zhí)行文件 ewb32.exe 和其它一些文件，ewb32.exe的圖標如圖2-1，雙擊該圖標即可運行ewb。也可以在windows的桌面上創(chuàng)建ewb32.exe的快捷方式，通過此快捷方式啟動ewb。ewb與其它windows應(yīng)用程序一樣，有一個標準的工作界面，它的窗口由標題條、菜單條、常用工具欄、虛擬儀器、器件庫圖標條、仿真電源開關(guān)、工作區(qū)及滾動條等部分組成。1.3 ewb上的虛擬器件e

6、wb5.0上有12個系統(tǒng)預設(shè)的器件庫，其中包括146種器件，每種器件又可被設(shè)置為不同的型號或被賦予不同的參數(shù)，若按型號來劃分，其數(shù)量不可盛數(shù)。1.4 ewb上的虛擬儀器虛擬儀器是一種具有虛擬面板的計算機儀器，主要由計算機和控制軟件組成。操作人員通過圖形用戶界面用鼠標或鍵盤來控制儀器運行，以完成對電路的電壓、電流、電阻及波形等物理量的測量，用起來幾乎和真的儀器一樣。在ewb平臺上，共有3種虛擬儀器，下面分別作以介紹：（1）萬用表的虛擬面板參見圖2-10， 這是一種4位數(shù)字萬用表，面板上有一個數(shù)字顯示窗口和7個按鈕， 分別為電流(a)、電壓(v)、電阻()、電平(db)、交流()、直流()和設(shè)置(

7、settings) 轉(zhuǎn)換按鈕，單擊這些按鈕便可進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。用萬用表可測量交直流電壓、電流、電阻和電路中兩點間的分貝損失，并具有自動量程轉(zhuǎn)換功能。利用設(shè)置按鈕可調(diào)整電流表內(nèi)阻、電壓表內(nèi)阻、歐姆表電流和電平表0 db標準電壓。（2）信號發(fā)生器是一種能提供正弦波、三角波或方波信號的電壓源，它以方便而又不失真的方式向電路提供信號。（3）示波器的電路符號和虛擬面板，這是一種可用黑、紅、綠、藍、青、紫6種顏色顯示波形的1000mhz雙通道數(shù)字存儲示波器。它工作起來像真的儀器一樣，可用正邊緣或負邊緣進行內(nèi)觸發(fā)或外觸發(fā)，時基可在秒至納秒的范圍內(nèi)調(diào)整。為了提高測量精度，可卷動時間軸，用數(shù)顯游標對電壓進行精確

8、測量。只要單擊仿真電源開關(guān)，示波器便可馬上顯示波形，將探頭移到新的測試點時可以不關(guān)電源。1.5 ewb綜合評定通過電路仿真，可以幫助學生更快、更好地掌握課程講述的內(nèi)容，熟悉常用電子儀器的測量方法，掌握電路的性能。進一步培養(yǎng)學生的綜合分析能力、排除故障能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。electronics workbench是一種非常優(yōu)秀的電子技術(shù)實用工具，因掌握電子技術(shù)，不僅需要理論知識，更重要的是要通過實際操作來加深對內(nèi)容的理解。作為電子類相關(guān)課程的輔助教學和實訓手段，它不僅可以彌補因?qū)嶒瀮x器、元器件缺乏所造成的實驗操作不夠，而且排除了原材料消耗和儀器損害等因素，可以幫助學生更快的掌握課堂講述內(nèi)容，加

9、深對概念、原理的理解，彌補課堂理論教學的不足。通過電路仿真，可以是學生熟悉常用電子儀器的測量方法，培養(yǎng)學生的綜合分析能力，排除故障的能力和開發(fā)、創(chuàng)新能力。作為虛擬的電子平臺，此軟件提供了較為詳細的電路分析手段，不僅可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域分析等常規(guī)的電路分析，還提供了離散傅里葉分析等14種分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。 二、電路設(shè)計2.1 設(shè)計目的（1）了解和熟悉電子平臺的使用，掌握用電子平臺進行仿真的方法。（2）進一步熟悉和加深對d觸發(fā)器、脈沖發(fā)生器、各種門電路的工作原理以及在實際中的運用。（3）熟練掌握一些常用中小規(guī)模集成塊的使用。（4）利用所學知識設(shè)計交通燈控制電路圖

10、。（5）訓練對簡易數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計合實驗能力。2.2 設(shè)計要求（1）設(shè)計一個十字路口交通燈控制器，a與b分別代表兩個方向的道路。（2）a與b道都有紅黃綠三種信號燈，兩個方向自動控制交替行駛，兩個方向均通行30秒。（3）在綠燈轉(zhuǎn)紅燈時，先由綠燈轉(zhuǎn)黃燈，5秒后，再由黃燈轉(zhuǎn)紅燈。此時另一方向才由紅燈轉(zhuǎn)綠燈。2.3、設(shè)計思路在城鎮(zhèn)街道的交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通燈，其中紅燈亮，表示該條道路上禁止通行，黃燈亮表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，綠燈亮表示該條道路允許通行。十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行

11、人安全通行，實行十字路口交通管理的自動化，可采用交通燈控制電路來實現(xiàn)自動控制。經(jīng)過認真思考，如果能提供60進制加法器，則就可以滿足其控制燈信號轉(zhuǎn)換循環(huán)，決定利用d觸發(fā)器對時間脈沖的變換進行控制，使輸出能滿足此時間規(guī)律，并通過門電路滿足交通燈的邏輯變換?？紤]到每一個車道通行時間是30秒，并且30秒分為黃燈的5秒、綠燈的25秒，既一個周期的總時間是60秒，其周期內(nèi)的變化規(guī)律總結(jié)可以得到表1。 表1 交通燈信號狀態(tài)和轉(zhuǎn)換時間持續(xù)時間信號燈狀態(tài)車道運行情況25 秒a綠 b紅a車道通行 b車道禁止5 秒a黃 b紅a車道緩行 b車道禁止25 秒a紅 b綠a車道禁止 b車道通行5 秒a紅 b黃a車道禁止 b

12、車道緩行2.4、設(shè)計過程今假設(shè)：a綠為m1、a黃為m2 、a紅為m3、b綠為m4、b黃為m5、b紅為m6。利用4個d觸發(fā)器提供4個的輸出以便交通燈進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，由于一個循環(huán)要60秒，分成紅燈30秒，黃燈5秒，綠燈25秒，利用信號源提供t=5秒的信號，12進制共有12個狀態(tài)，t=12*5=60秒,即可滿足此循環(huán)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需要的時間周期，編碼關(guān)系為表2。 狀態(tài)q1q2q3q4m1m2m3m4m5m6s10000100001s20001100001s30010100001s40011100001s50100100001s60101010001s70110001100s80111001100s910

13、00001100s101001001100s111010001100s121011001010s10000100001表2 交通燈信號編碼與控制器狀態(tài)關(guān)系表對表2進行卡諾圖化簡，計算可以求得：根據(jù)所求得的信號燈的邏輯表達式可以利用邏輯門電路表示為下圖形式,如圖1：圖1 信號燈的邏輯門電路利用d觸發(fā)器構(gòu)成12位無進位輸出加法計數(shù)器，以便滿足交通燈時間轉(zhuǎn)換需要，在一個周期60秒內(nèi)，假如有12進制完成此循環(huán)，則每個脈沖信號應(yīng)當為5秒鐘。又因為d觸發(fā)器得的驅(qū)動為，則可以根據(jù)表3的觸發(fā)器驅(qū)動轉(zhuǎn)化關(guān)系求得各觸發(fā)器的d。狀態(tài)s100000001s200010010s300100011s400110100s5

14、01000101s601010110s701100111s801111000s910001001s1010011010s1110101011s1210110000s100000001表3 d觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系表對表3進行卡諾圖化簡，計算可以求得：所以可以求得：按所求得的d觸發(fā)器驅(qū)動d進行線路連接,就可以得到所要的進位效果如圖2：圖2 d觸發(fā)器12進制連接圖最后將4個d觸發(fā)器的輸出端分別連接到燈的邏輯輸入中即可，其中信號源的頻率調(diào)至f=0.189赫茲，電壓調(diào)至v=5伏特。三、電路的調(diào)試和仿真3.1 理論結(jié)果與實際數(shù)值經(jīng)分析信號燈理論轉(zhuǎn)變規(guī)律如圖3，通過ewb對上述問題理論結(jié)果進行仿真，運行總控制

15、器便得到圖4：a黃5秒a紅25秒a綠25秒a紅5秒 b紅5秒b綠25秒b黃5秒b紅25秒 圖3 信號燈理論轉(zhuǎn)變規(guī)律a黃5秒a紅24秒a綠24秒a紅5秒 b紅5秒b綠24秒b黃5秒b紅24秒 圖4 信號燈實際轉(zhuǎn)變規(guī)律3.2 仿真問題在仿真的前幾次由于信號源的選取不當，導致了信號燈的無明顯規(guī)律的變化，甚至出現(xiàn)了時間以毫秒為單位進行變換的脈沖。經(jīng)過精心調(diào)試比較，最終得到了預期的以5秒為脈沖周期的信號源，此時的信號源滿足頻率f=0.189赫茲、電壓v=5伏特。3.3 ewb缺陷在調(diào)試的過程中，曾準備使用555連接成單穩(wěn)態(tài)的定時器，但由于所學知識有限，最終放棄了此種方法。而12進制是用d觸發(fā)器完成的，本

16、打算利用較熟悉的74161芯片來完成此進制，但在ewb軟件中找了好多次也沒能找到74161芯片。在最終的仿真中由于信號源的不穩(wěn)定，導致了一些誤差，如果調(diào)節(jié)信號源的頻率來減小其對信號燈轉(zhuǎn)換的影響，是可行的，但由于其不確定性，并不能完全滿足要求。 在接線過程中曾一度出現(xiàn)過由于線路的繁雜而被迫終止連接的情況，原因是其中的連線出現(xiàn)重合隱藏或者接點跳躍，如果在連線的過程中能使用點陣的形式連接，則我認為電路圖會更美觀明了，便與連接和排查錯誤。 。四、總結(jié)和體會兩周的課程設(shè)計，我受益頗多！通過這次的課程設(shè)計，我明白了很多道理，特別是一個人無論做什么，都要盡心的去做，要不，你會敗的一敗涂地。比如你不要小看簡簡

17、單單的論文格式和word文檔的編輯工作，其實它里面真的會有一個人的為人處世的哲學。這次我確實學到了好多，包括理論上的和實際的操作應(yīng)用，有很大的收獲。拿到這次課程設(shè)計的題目以后不知道從何處入手，茫然無措。我翻了很多有關(guān)的參考書，發(fā)現(xiàn)運用的都是我們所學的知識，通過進一步的思考對此電路的設(shè)計有了更大的把握。這次設(shè)計用ewb軟件來檢驗電路的對錯。他提供了各種仿真電子元件及常用集成電路和儀表，便于我們進行電路模擬和仿真。設(shè)計電路的同時我也學習了ewb這個軟件。這對以后的學習和實驗有很大的幫助，可以開發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力。我和同學們開始了為期兩周的計算機電路輔助設(shè)計學習，在長沙理工大學電子實習基地進行為

18、期一周的實習。在這幾天時間中，我們運用在電路計算機輔助設(shè)計課上學到的知識繪制老師給我們的電路原理圖并且畫出交通控制器的原理圖，在畫圖的過程中，我們不斷出現(xiàn)問題并不斷的解決它，這使得我們的實驗操作水平有了很大的提高，通過電腦上的實驗，我們要不斷地回憶老師在課堂上講述的內(nèi)容這也使得我們的理論水平有所鞏固。經(jīng)過這幾天的實驗使我明白到，出現(xiàn)問題并不可怕。有問題出現(xiàn)證明我們所掌握的知識還不完善。而當我們把這些問題解決掉時，我們的知識又增加了，至少在以后同類問題就可以迎刃而解了。這樣的機會很難得，我們要珍惜這樣的好機會，抓緊學習，有條件要上，沒條件要創(chuàng)造條件也要上，要勇往直前不斷的學習成長。有了一定的實習的經(jīng)驗，我很快就能進入實習狀態(tài)中去，再沒有當初那么迷茫，不過由于距離學習的相關(guān)內(nèi)容也是有一段時間，所以有一種很難下手的感覺，覺得以前的東西記得并不是很牢固，并且發(fā)現(xiàn)這次的實習的電路太難設(shè)計了，不知道如何下手，我的成績在班里很不好，這次多虧在同學和老師的幫助下完成了這次實習，這也許就是老師的安排吧。讓我們循序漸進的學習，而且學的越深越好，能更一步的了解到電腦自動化所帶來的方便。這次實習所帶來的困惑是以前的東西都忘記了，這次也是讓我們重新記起以前所學的點點滴滴，好讓我們能夠更加順利的完成下一個實習。本次實習也讓