《交通燈控制電路設(shè)計(jì)與制作》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、交通燈控制電路設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)交通燈控制電路設(shè)計(jì)與制作1. 設(shè)計(jì)意義及要求1.1設(shè)計(jì)意義隨著社會(huì)的發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市交通成為制約城市發(fā)展的一大因素。大量的信號(hào)燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，多值化方向發(fā)展。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，本電路也正是基于實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)之上抽象出來(lái)的，僅是對(duì)實(shí)際應(yīng)用的模擬。1.2設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒2.要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車道 3.黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次 4.提出至少兩種設(shè)計(jì)

2、方案，并優(yōu)選方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)5.撰寫符合學(xué)校要求的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2方案設(shè)計(jì)分析2.1 方案設(shè)計(jì)2.1.1方案一結(jié)構(gòu)框圖自動(dòng)手動(dòng)時(shí)基電路時(shí)序控制時(shí)間顯示東西方向時(shí)間顯示南北方向圖2-1-1方案一結(jié)構(gòu)框圖原理說(shuō)明：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，交通燈按照時(shí)間設(shè)定變換工作狀態(tài)，其中黃燈為閃爍發(fā)光。1.時(shí)基電路：選用ne555定時(shí)器組成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生所需頻率的脈沖。2.計(jì)數(shù)譯碼顯示電路：選用可置數(shù)的8421bcd 碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里選用74ls192，另加74ls48譯碼器及共陰極led數(shù)碼管。3.時(shí)序控制電路：采用移位寄存器74ls164，接成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。4.分頻電路：利用74ls74對(duì)秒脈沖進(jìn)行分頻，即

3、可得到單位時(shí)間脈沖，控制各燈亮的時(shí)間。原理圖：圖2-1-2 方案一proteus仿真圖2.1.2方案二結(jié)構(gòu)框圖：秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)器控制器譯碼器tltyst圖2-1-3 方案二結(jié)構(gòu)框圖原理說(shuō)明：交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如上圖所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖中： tl: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，tl=1，否則，tl=0。ty：表示黃燈亮的

4、時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，ty=1，否則，ty=0。st：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開(kāi)始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。（可以加上數(shù)碼管顯示電路）1.甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔tl時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)st，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。2.甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔ty時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)st，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。3.甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)

5、間間隔tl時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)st，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。4.甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過(guò)縣停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔ty時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)st，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用s0、s1、s3、s2表示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。原理圖：圖2-1-4 方案二proteus仿真圖2.2 方案比較與選擇方案一與方案二都可以完成設(shè)計(jì)要求，并且通過(guò)仿真都是可行的。第一種方案是書(shū)上介紹的，原理容易理解，第二種是通過(guò)查

6、閱圖書(shū)館資料以及上網(wǎng)搜索相關(guān)信息然后自己動(dòng)手連成的。兩種方案均可用譯碼器連接數(shù)碼管組成譯碼顯示電路，在紅綠燈顯示的同時(shí)顯示剩余時(shí)間。方案一使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)，方案二通過(guò)二進(jìn)制控制。若在方案二上加上數(shù)碼管顯示則需再加74ls48譯碼器，稍顯繁瑣。盡管方案一與方案二都有不足，而且在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中可能都會(huì)遇到困難，但綜合多個(gè)方面考慮決定采用方案一。3單元電路設(shè)計(jì)3.1脈沖輸出電路圖3-1-1 脈沖輸出電路proteus仿真圖555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。由555定時(shí)器組成的cp脈沖電路，產(chǎn)生頻率為1hz的脈沖信

7、號(hào)控制計(jì)數(shù)器工作。參數(shù)選擇如下：r1=68k，r2=15k,，c=10uf輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是： t=0.7（r1+r2）c=0.7r2c其中，為vc由上升到所需的時(shí)間，為電容c放電所需的時(shí)間。3.2計(jì)數(shù)譯碼顯示電路圖3-2-1 計(jì)數(shù)譯碼顯示電路proteus仿真圖由功能要求可知，需選用可予置數(shù)的可逆8421bcd碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里選用74ls192，通過(guò)74ls48譯碼器及共陰極led數(shù)碼管。3.3分頻電路圖3-3-1 分頻電路proteus仿真圖十字路口每個(gè)方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為5:1:6所以若選4秒為一時(shí)間單位，則計(jì)數(shù)器每四秒輸出一個(gè)脈沖。這里選用74ls74組成。3.4時(shí)

8、序控制電路圖3-4-1 時(shí)序控制電路proteus仿真圖由74ls164組成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，對(duì)單位時(shí)間t進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)反相器組成的譯碼器輸出，分別控制東西、南北各燈，其中黃燈為閃爍亮。各方向各燈的控制信號(hào)是由計(jì)數(shù)器輸出q0q7取值關(guān)系的真值表（設(shè)燈亮為1，否則為0），求出簡(jiǎn)化以后的邏輯表達(dá)式，用譯碼器或者門電路實(shí)現(xiàn)。顯示時(shí)間的控制信號(hào)，由南北方向的黃燈控制信號(hào)控制東西方向的綠燈時(shí)間計(jì)數(shù)器，東西方向的黃燈信號(hào)控制南北方向的綠燈時(shí)間計(jì)數(shù)器。3.5自動(dòng)與手動(dòng)控制電路圖3-5-1 自動(dòng)與手動(dòng)控制電路proteus仿真圖由與非門組成的基本rs觸發(fā)器（又稱抖動(dòng)開(kāi)關(guān)）作為手動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，主要是便于電路調(diào)試。自動(dòng)控

9、制由秒信號(hào)產(chǎn)生電路（555組成）的輸出經(jīng)四分頻形成單位時(shí)間t。若改變t，只需改變分頻級(jí)數(shù)。若時(shí)間要求精確，可用晶體振蕩器加以分頻而得到秒信號(hào)。4調(diào)試與檢測(cè)4.1調(diào)試由于電子電路設(shè)計(jì)要考慮很多因素，加之元器件性能的分散，以及許多人為因素的影響，一個(gè)組裝好的電子電路不可能不經(jīng)過(guò)調(diào)試即可滿足要求。任何電子電路都必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真細(xì)致的調(diào)試，才能獲得滿意的性能要求。在這個(gè)過(guò)程中用的最重要的儀器就是萬(wàn)用表。4.1.1調(diào)試方法電子電路調(diào)試方法有兩種：分塊調(diào)試和整體調(diào)試(1) 分塊調(diào)試法分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成幾個(gè)模塊，對(duì)每個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試。模塊調(diào)試的順序最好按信號(hào)的流向，一塊一塊進(jìn)行，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，

10、最后完成總調(diào)。實(shí)施分塊調(diào)試有兩種方法一種邊安裝邊調(diào)試；另一種是總體電路一次組裝完畢后再分塊調(diào)試。分塊調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)栴}出現(xiàn)范圍小，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易于解決。(2) 整體調(diào)試 此種方法是把整個(gè)電路組裝完畢后，不進(jìn)行分塊調(diào)試，實(shí)行一次性總調(diào)。4.1.2調(diào)試步驟（1）檢查電路對(duì)照電路圖認(rèn)真檢查電路，首先查看電源是否接錯(cuò)或與地短接，然后檢查各芯片是否安裝牢固，最后對(duì)照電路圖認(rèn)真查看各芯片的管腳是否接錯(cuò)、漏接或出現(xiàn)多接線的現(xiàn)象。（2）接通電源觀察在做好第一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步。接通電源，如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象立即關(guān)閉電源，按第一步重新檢查電路對(duì)出現(xiàn)事故的電路部分進(jìn)行著重的檢查，直至發(fā)現(xiàn)并排除錯(cuò)誤。（3）工作開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

11、的情況下的調(diào)試 當(dāng)?shù)诙酵瓿珊?，在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的情況下用一個(gè)發(fā)光二極管檢測(cè)脈沖信號(hào)的輸出，各芯片的初始輸出是否正確，如果存在問(wèn)題，查找出原因并解決。（4）工作開(kāi)關(guān)閉合的情況下的調(diào)試閉合工作開(kāi)關(guān)，觀察顯示結(jié)果是否正確，如果存在問(wèn)題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結(jié)束后觀察調(diào)試后的結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。4.1.3調(diào)試后的結(jié)果各部分電路正常的工作。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，各信號(hào)燈按設(shè)定規(guī)律發(fā)光，數(shù)碼管顯示數(shù)字，并且時(shí)間基本顯示正確。4.1.4調(diào)試中的故障及解決辦法由于電路中的芯片、插線、面包板的質(zhì)量、接觸等都存在一定的問(wèn)題，故調(diào)試中出現(xiàn)問(wèn)題是不可避免的。調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：1. 數(shù)碼管顯示數(shù)字，但固定不變，不能測(cè)量。原因是7

12、4ls192的管腳接錯(cuò)。我們重新安裝了計(jì)時(shí)電路。2. 數(shù)碼管經(jīng)常顯示異常，某一段不顯示或整個(gè)不亮，經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表檢查，接線并沒(méi)有錯(cuò)處，不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)如果不小心碰到哪根線數(shù)碼管會(huì)再次恢復(fù)正常，更換相應(yīng)導(dǎo)線并確定數(shù)碼管接觸良好后再次打開(kāi)電源，則數(shù)碼管顯示正常。3. 信號(hào)燈閃爍時(shí)間不對(duì)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。原因是555計(jì)時(shí)器電路中電阻接錯(cuò)了，我們重接以后，電路正常工作。4.2檢測(cè)接通電源，看信號(hào)燈的閃爍情況及數(shù)碼管顯示情況，根據(jù)所出現(xiàn)的異常，每根導(dǎo)線的檢測(cè)，再將相關(guān)的芯片檢測(cè)。結(jié)束語(yǔ)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)交通燈電路的設(shè)計(jì)與制作，讓我有很多感受和體會(huì)，深切的感受到了電子技術(shù)在日常生活中的廣泛應(yīng)用，更加理解理論聯(lián)系

13、實(shí)際的意義，為以后的工作、學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)中主要還是通過(guò)查閱課本、圖書(shū)館相關(guān)資料并上網(wǎng)查有關(guān)芯片的引腳圖才得以順利完成。雖然設(shè)計(jì)出了電路，通過(guò)proteus仿真成功，但還是有許多的不足之處。比如數(shù)碼管顯示電路可以再簡(jiǎn)化一些，只用兩個(gè)數(shù)碼管即可模擬，從而節(jié)省開(kāi)支。設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要參考書(shū)本上知識(shí)，還要有些自己的東西加進(jìn)去，由于本次是分組完成的，可以在小組內(nèi)討論，集思廣益，收集好的建議完成作品，更體會(huì)到了群體的力量。設(shè)計(jì)出電路以后可以考慮從另一個(gè)方面著手再設(shè)計(jì)一個(gè)方案，看可行性如何，盡可能的將各種方案的優(yōu)點(diǎn)集中到一個(gè)方案上來(lái)。完成了本次課程設(shè)計(jì)，有種如釋重負(fù)的感覺(jué)，同時(shí)也感到一點(diǎn)點(diǎn)自豪，

14、可以用學(xué)到的知識(shí)完成一個(gè)看似平常但卻包含很多知識(shí)的器件，大大提高了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的積極性。這不僅僅是個(gè)人的成功，也是我們小組的成功，大家的功勞，享受到了團(tuán)隊(duì)精神帶來(lái)的快樂(lè)。以后的學(xué)習(xí)生活中，大家更要相互幫助、學(xué)習(xí)，集思才能廣益，才能創(chuàng)作出好的作品。希望以后會(huì)有更多的讓自己動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)來(lái)提高自己的實(shí)踐能力。同時(shí)，在平時(shí)要要求自己多看書(shū)，多查閱相關(guān)資料，完備自己的知識(shí)體系，相信在以后的實(shí)踐活動(dòng)中會(huì)做出更好的作品。參考文獻(xiàn)1 康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）.北京：高等教育出版，2006.12祁存榮，吳友宇.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（數(shù)字電子技術(shù)部分）.武漢理工大學(xué)出版社3羅中華.數(shù)字電路與

15、邏輯設(shè)計(jì)教程.北京：電子工業(yè)出版社，2006.44劉涳.電氣及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)寶典.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.35盧結(jié)成，陳力生.電子電路實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用課題設(shè)計(jì).合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002.36郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課題設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，1995.8附錄1 元器件明細(xì)表附表1 元器件明細(xì)表元件名稱代號(hào)數(shù)值單位個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器74ls1924數(shù)據(jù)譯碼器74ls484d觸發(fā)器74ls742移位寄存器74ls1641555定時(shí)器5551與非門74ls001非門74ls041與門74ls082二極管led6電容c10.01uf1c210uf1電阻r110千歐3r215千

16、歐1r368千歐1單刀雙擲開(kāi)關(guān)sw-spdt1單刀單置開(kāi)關(guān)switch1數(shù)碼管blue4附錄2 芯片引腳圖及功能表資料74ls192引腳圖及功能表資料附圖1 74ls192引腳圖gndp1vcc74ls19212345671615141312111089q1q0cpdcpuq2q3p2y3mrp0附表2 74ls192功能表輸入輸出mrcpucpdp3p2p1p0q3q2q1q11000000dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)74ls04引腳圖及功能表資料74ls04是帶有6個(gè)非門的芯片，常用在各種功能的數(shù)字電路系統(tǒng)中，功能實(shí)現(xiàn)非轉(zhuǎn)化，引腳功能圖詳見(jiàn)下圖: 附圖2 74ls04引腳圖gn

17、d2y3y3a2a1y1a6avcc5a6y4y4a5y74ls041234567141312111098附表3 74ls04功能表inputsoutputsayhllh74ls48引腳圖及功能表資料附圖3 74ls引腳圖附表4 74ls48功能表decimal or funtioninputs/outputsnotedcbaabcdefg0hllllhhhhhhhl11hlllhhlhhllll2hllhlhhhlhhlh3hllhhhhhhhllh4hlhllhlhhllhh5hlhlhhhlhhlhh6hlhhlhllhhhhh7hlhhhhhhhllll8hhlllhhhhhhhh9h

18、hllhhhhhllhh110hhlhlhlllhhlh11hhlhhhllhhllh12hhhllhlhlllhh13hhhlhhhllhlhh14hhhhlhlllhhhh15hhhhhhlllllllbillllllll2rbihlllllllllllll3ltlhhhhhhhh4rddqqcpsd附圖4 74ls74引腳圖1rdvcc74ls7412345671413121110981d1cp1sd1q1qgnd2sd2q2q2cp2d2rd74ls74引腳圖及功能表資料附表5 74ls74功能表輸 入輸 出cpd0110100100不定不定1111011001附圖5 74ls164引

19、腳圖gndqbqdqcqabaqhvccqfqgclkqe74ls164123456714131211109874ls164引腳圖及功能表資料附表6 74ls164功能表inputsoutputsclockabqaqbqcqdqeqfqgqhlxllllllllhlqa0qb0qc0qd0qe0qf0qg0qh0hhhhqanqbnqcnqdnqenqfnqgnhllqanqbnqcnqdnqenqfnqgnhllqanqbnqcnqdnqenqfnqgn555引腳圖及功能表資料工作電壓范圍4.5v18v（se555）、4.5v16v（ne555/se555c）；最大工作頻率500khz；延遲

20、時(shí)間可從數(shù)微秒至數(shù)小時(shí)范圍內(nèi)設(shè)定；m51848工作電壓為4v7v，最高工作頻率為1000khz，該電路為單列直插式8腳，管腳定義同雙列直插式8引腳。同se555、pc617、pc1555c、an1555、m51848、m518a555、lm1555c、rc555、ca555、ha7555、njm555、ta7555、lb85550兼容。q24rd3ne5551gndc0nthdiss附圖6 ne555引腳圖5vcc678tl 附表7 ne555功能表utrutlrdoutvt2/3 ucc1/3 ucc1/3 ucc1/3 ucc011100不變1導(dǎo)通導(dǎo)通不變截止附圖7 74ls00引腳圖gn

21、d2a 2y2b1y1b1a4bvcc4y4a3y3a3b74ls00123456714131211109874ls00引腳圖及功能表資料附表8 74ls00功能表inputsoutputsabyllhlhhhlhhhl附圖8 74ls08引腳圖gnd2a 2y2b1y1b1a4bvcc4y4a3y3a3b74ls08123456714131211109874ls08引腳圖資料附表9 74ls08功能表inputsoutputsabyllllhlhllhhhut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3

22、bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn

23、7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfs

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