課程設(shè)計（論文）交通信號控制器

1、 changsha university of science & technology課程設(shè)計（論文）題目： 交通信號控制器 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 班 級: 專 業(yè)： 電子信息工程指導(dǎo)教師： 200 9 年 6 月 12 日目錄一：緒論3 1. 1 課程設(shè)計背景 31.2 課程設(shè)計目的31.3 課程設(shè)計指標(biāo)4二：基礎(chǔ)知識.42.1 設(shè)計思路.42.2. 所用儀器和元器件3三:設(shè)計的步驟和過程.73.1 秒脈沖信號發(fā)生器電路圖 .73.2 狀態(tài)控制器.83.3 定時器.83.4 計數(shù)器.93.5 測試要點.10四： 仿真結(jié)果.11五：心得體會.11六：建議.13七：參考文獻(xiàn).13八：附錄1.1

2、4交通信號控制器一：緒論 交通燈信號控制系統(tǒng)是典型的數(shù)字電路控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的設(shè)計和仿真實驗、學(xué)生可得到數(shù)字電路及系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練。系統(tǒng)工作的十字路口由通行量較大的主干道和通行量較小的支干道組成。路口設(shè)有紅、黃、綠三色信號燈 和兩位8421bcd碼的計數(shù)器和譯碼顯示器。通過控制器將使三色燈在規(guī)定的時間內(nèi)亮燈：主紅和干綠燈亮，并且顯示器是從20秒開始倒計時；當(dāng)顯示器倒計時為00秒時，主紅和干黃燈亮，顯示器從5秒開始倒計時；當(dāng)顯示器倒計時又為00秒時，主綠和干紅燈亮，顯示器從60秒開始倒計時。依此循環(huán)1.1：課程設(shè)計背景在一個交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設(shè)也沒有交

3、警，那會發(fā)生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會陷入一片混亂，甚至癱瘓。當(dāng)然我們每個人都不希望這樣。我們作為社會的一員，每人都有責(zé)任為它的更加先進(jìn)和快捷做出力所能及的事情。1.2：課程設(shè)計目的（1） 培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)題目要求，抽取相應(yīng)信息，設(shè)計組合邏輯和時序邏輯電路的能力。（2） 使學(xué)生掌握設(shè)計交通信號控制器的電路的調(diào)試及組裝方法。（3） 培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用中規(guī)模組件的能力，提高自主創(chuàng)新能力。（4） 學(xué)會使用ewb電路仿真設(shè)計軟件完成設(shè)計及仿真調(diào)試，提高學(xué)生查閱手冊及合理選用器件的能力。1.3：課程設(shè)計指標(biāo)在主、支道路的十字路口分別設(shè)置三色燈控制器，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮要求壓線車輛

4、快速穿越。根據(jù)車流狀況不同，可調(diào)整三色燈點亮或關(guān)閉時間。1. 基本部分：(1) 主道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為60秒、5秒、25秒；次道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為20秒、5秒、65秒；(2) 主、次道路時間指示采用倒計時制，用2位數(shù)碼管顯示。2、 發(fā)揮部分(選做)(1) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以預(yù)置；(2) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以分別調(diào)整；二：基礎(chǔ)知識2.1、 設(shè)計思路要實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計數(shù)器、主控制器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路幾部分組成，整體電路的原理框圖如圖：時鐘電路主道計數(shù)器次道計數(shù)器譯碼顯示器譯碼顯

5、示器組合電路組合電路秒脈沖電路主綠主黃主紅次綠次黃次紅計 數(shù) 器組 合 邏 輯 電 路圖1.1 交通管理控制器框圖下面是交通燈時序流程圖，進(jìn)行分析可得到交通信號燈的四個不同狀態(tài)，如圖1.2所示：圖1.2 交通燈時序流程圖即s0主干道綠燈亮、支干道紅燈亮 s1主干道黃燈亮、支干道紅燈亮 s2主干道紅燈亮、支干道綠燈亮 s3主干道紅燈亮、支干道黃燈亮 其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示：圖1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖交通燈信號真值表如表1-1所示：表11 狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈q1q0紅(mr)黃（my）綠（mg）紅（sr）黃（sy）綠（sg）s000001100s101010100s21010

6、0001s311100010根據(jù)表11真值表，可寫出各交通信號燈的與非邏輯函數(shù)表達(dá)式如下所示：mr=q10 + 1 q0= q1my= 1 q0mg=10sr=10+1 q0=1sy= q1 q0sg= q102.2. 所用儀器和元器件（1）、 秒脈沖信號發(fā)生器采用555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生1hz脈沖。圖1.4 555時基內(nèi)部電路圖（2）、狀態(tài)控制器采用集成計數(shù)器74hc163構(gòu)成狀態(tài)控制器，其工作原理如表1-2： 表1-2（3）、定時器 采用八輸入緩存器74hc244來實現(xiàn)，其工作原理如表1-3： 表1-3（4）、計數(shù)器 采用十進(jìn)制可逆計數(shù)器74hc192，其工作原理如表1-4：表1

7、-4 三：設(shè)計的步驟和過程3.1 秒脈沖信號發(fā)生器電路圖由于要產(chǎn)生1hz的脈沖，所以計算得r1+2r2=14.4k ，同時盡量使占空比接近50，選擇r1大于r2，即選擇r1=10k ,r2=2.2k ,連接線路如圖1.5所示：圖1.5秒脈沖信號發(fā)生器電路圖產(chǎn)生的波形為：3.2 狀態(tài)控制器 根據(jù)燈控函數(shù)表達(dá)式：mr=q10 + 1 q0= q1my= 1 q0mg=10sr=10+1 q0=1sy= q1 q0sg= q10將狀態(tài)控制器，狀態(tài)譯碼器以及模擬三色燈相連接，構(gòu)成信號燈轉(zhuǎn)換控制電路如圖1.6所示： 圖1.6 狀態(tài)控制器電路3.3 定時器預(yù)置到減法計數(shù)器的時間常數(shù)通過三個八輸入緩沖器74

8、hc244來完成。從上到下的三片74hc244分別預(yù)制了60，20，5三個不同的數(shù)據(jù)。八輸出端前四位二進(jìn)制數(shù)控制十位數(shù)，后四位二進(jìn)制數(shù)控制個位數(shù)。 每個緩沖器74hc244的輸入端通過接入8個開關(guān)對其可任意置從099的數(shù)，前四位和后四位分別控制置入十位數(shù)和個位數(shù)，即接高電平（接電源）為二進(jìn)制數(shù)1，接低電平（接地）為二進(jìn)制數(shù)0。主干道的黃燈控制啟動輸入數(shù)據(jù)為20秒的74hc244（使能端,低電平有效），使下一個狀態(tài)支干道綠燈亮?xí)r以20秒減計數(shù)。當(dāng)支干道綠燈亮?xí)r啟動輸入數(shù)據(jù)為5秒的74hc244，使得置入5秒的74hc244在支干道綠燈轉(zhuǎn)黃燈時開始以5秒倒計計數(shù)。黃燈控制60秒的74hc244,當(dāng)

9、主干道綠燈亮?xí)r以60秒開始倒計數(shù)。依此原理一直循環(huán)下去。圖1.7 定時器電路3.4 計數(shù)器兩片74hc192分別控制兩個二進(jìn)制數(shù)，兩片計數(shù)器之間采用異步級連接方式如圖1.8。利用個位計數(shù)器的借位脈沖直接作為十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖，個位計時器作為秒脈沖。選用帶譯碼功能的顯示譯碼管。1a1、1a2、1a3、1a4和2a1、2a2、2a3、2a4式十位和個位計數(shù)器的置數(shù)輸入端。圖1.8 計數(shù)器電路3.5 測試要點檢查整機(jī)接線無誤后，方可進(jìn)行各部分電路的調(diào)試（1） 首先調(diào)試秒脈沖信號發(fā)生器電路 用示波器觀察秒脈沖信號發(fā)生器的輸出，其輸出的信號周期為1s（2） 主.支干道調(diào)試 直接將秒脈沖信號接入狀態(tài)控制

10、器脈沖輸入端（即集成計數(shù)器74hc163的脈沖輸入cp端），在該脈沖的作用下，觀察主 支干道三種顏色的信號燈是否按要求一次轉(zhuǎn)換。（3） 定時器和減數(shù)器調(diào)試 將秒脈沖信號接入定時器系統(tǒng)電路脈沖輸入端（即兩片集成計數(shù)器，中的個位計數(shù)器的脈沖輸入cp端），在脈沖作用下，將三片八緩沖器74hc244的置數(shù)選通端一次接地，計數(shù)器以三個不通的置數(shù)（60秒.2秒.5秒）輸入為進(jìn)制體制，完成減法計數(shù)，兩位數(shù)碼管應(yīng)有相應(yīng)的顯示。（4） 把各個單元電路互相連接起來，進(jìn)行系統(tǒng)總測試。四：仿真結(jié)果 用鼠標(biāo)點動右上角的開關(guān)按鈕，我們將先看到主紅和干綠燈亮，并且顯示器是從20秒開始倒計時；當(dāng)顯示器倒計時為00秒時，主紅和

11、干黃燈亮，顯示器從5秒開始倒計時；當(dāng)顯示器倒計時又為00秒時，主綠和干紅燈亮，顯示器從60秒開始倒計時。依此循環(huán)。五：心得體會兩周的課程設(shè)計實習(xí)很快過去了，但在課程設(shè)計實習(xí)中我們所經(jīng)歷的過程和收獲的經(jīng)驗將永遠(yuǎn)照亮我們前進(jìn)的道路。兩個星期的課程設(shè)計實習(xí)時間并不算太長.但是在這并不長的一個星期里面卻依然學(xué)到了不少的東西.了解并掌握了74hc163，74hc192，74hc244 和555多諧振蕩，對ewb仿真軟件有了進(jìn)一步的了解，并對專業(yè)知識有了更進(jìn)一步的理解。在此，得先感謝我們的四位指導(dǎo)老師，謝謝你們！如果沒有你們的虛心教導(dǎo)，沒有你們的認(rèn)真講解，我也不會學(xué)到那么多的東西，有那么多的收獲，并且讓我

12、也對自己的人生有了進(jìn)一步的規(guī)劃，非常感謝你們！同時我也要感謝我的搭檔，沒有你的諒解和耐心，沒有我們密切的配合，我們也不會把每一次的實驗都完成得那么順利。剛開始接到交通信號控制器的任務(wù)書時，有點緊張，畢竟由于自己對課程設(shè)計不了解和對內(nèi)容的不清楚。后來我經(jīng)過查找資料，詢問老師，不斷推敲，最后找到了出路。在選芯片上，我也出了一些問題，因為許多芯片的功能是相同的，而且對其功能不是特別的熟悉，后來通過和同學(xué)不斷的探討 ，自己獨立思考，最后選定用74hc163，74hc192，74hc244 和555多諧振蕩。所有的準(zhǔn)備做好后就開始在ewb仿真軟件上開始連線。由于第一次用ewb仿真軟件，所以在連電路又遇到

13、了點麻煩，不過后來，經(jīng)過自己不斷的嘗試，不斷的詢問最后交通信號控制器電路終于成功的畫出來了，并且仿真成功。在這次的實習(xí)中我學(xué)到了很多東西：第一：通過這次課程設(shè)計實習(xí)，了解并掌握了74hc163，74hc192，74hc244 和555多諧振蕩，對ewb仿真軟件有了進(jìn)一步的了解，了解了一些簡單的電路的結(jié)構(gòu)原理和連線方法。第二：在實習(xí)的過程中我鍛煉了自己的動手、自主創(chuàng)新能力。實踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無一不是在實踐中得到檢驗的。沒有足夠的動手能力，就奢談在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就。在實習(xí)中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。第三：在實習(xí)的過程中增強(qiáng)了我的團(tuán)隊意識.在

14、一個團(tuán)隊里面，光靠一個人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.只有大家齊心協(xié)力、相互配合、共同合作才能夠又快又好地完成任務(wù).第四:在實習(xí)的過程中增強(qiáng)了我的思考意識。思考著做事,事半功倍,更重要的是,做事的心態(tài),也可以得到磨練,可以改變很多不良的習(xí)慣。比如當(dāng)我們需要連接線路、布置線路時，這就需要我們不段的思考、嘗試。這樣線路才會更加的完美。在完成所有的階段后，心中那強(qiáng)烈的成就感，真的不知道該用什么來形容了。電工實習(xí)的五天里，辛苦那已經(jīng)是次等事了，而樂在其中，再怎樣也都是值得的。 課程設(shè)計實習(xí)為我們提供了一個可以在知識的天空里翱翔的空間;提供了一個可以在知識的海洋里揚帆起航遠(yuǎn)行的航道。它為我們的學(xué)習(xí)生活增添了一道亮麗的風(fēng)景線，為我們的理想之塔增磚添瓦，為我們的知識小帆鼓風(fēng)助力。我們必將坐著智慧小船乘千里風(fēng)破萬里浪，開拓進(jìn)取，勇往直前，朝著我們理想彼岸前進(jìn)。再次感謝老師對我們的指導(dǎo)與教誨。六：建議通過兩周的課程設(shè)計，我從中學(xué)到了很多在課本中學(xué)不到了知識，并且使得我們充分的將理論運用于實踐，我們得到了充分的鍛煉。但在實習(xí)的過程中，我想建議一下幾點： （1） 當(dāng)課程設(shè)計題目給定下來時老師應(yīng)該給我們講明我們正確解決的目的方向，不然會使得我們花很多的時間在確定方向上花很多時間。 （2） 由于有些器件我們接觸的很少，我們對它們的了解更是不清楚，所以希望老師能夠在器件選擇方面能夠提供參考