電工與電子技術(shù)課程設(shè)計_簡易交通信號燈控制器(最新)

1、長 安 大 學(xué)電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計設(shè)計題目：簡易交通信號燈控制器專 業(yè) 汽車運用工程工程 班 級 2013220501 姓 名 王雨晴 指導(dǎo)教師 日 期 2015-6 目 錄 一 、課題名稱與技術(shù)要求二、摘要三、總體設(shè)計方案論證及選擇四、設(shè)計方案的原理框圖、總體電路圖、接線圖及說明五、單元電路設(shè)計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算六、收獲與體會、存在的問題七、參考文獻(xiàn)八、附件（元件材料清單）一 、課題名稱與技術(shù)要求1、 課題名稱：簡易交通信號燈控制器2、 主要技術(shù)指標(biāo)和要求：（1）定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒；（2）每次由綠燈變?yōu)榧t燈時，應(yīng)有5秒黃燈亮

2、作為過渡；（3）分別用紅、黃、綠色發(fā)光二級管表示信號燈；二、摘要 交通運輸是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力，日常出行也是我們生活中不可或缺的一部分。確保道路交通順暢與安全的重要性不言而喻。在確保十字路口的交通秩序工作中，信號燈扮演了極其重要的角色。交通信號控制系統(tǒng)是用來自動控制十字路口紅黃綠三色的電子系統(tǒng)。 交通燈簡易交通信號燈控制器利用555秒脈沖發(fā)生器提供秒脈沖信號,通過CP輸入。主控制器由一塊74LS161組成一個16進(jìn)制計數(shù)器，分別在45S,50S,75S,80S,通過驅(qū)動控制裝置來控制主干道與支干道中綠、黃、紅發(fā)光二極管的亮滅及其持續(xù)時間，從而實現(xiàn)對主干道與支干道交通信號的控制。三、總體設(shè)計方案

3、論證及選擇方案一：十字路口每個方向的綠、黃、紅燈所亮的時間比例分別為9：1：5，所以，可以選擇計數(shù)器為5s的脈沖。因為每5s一個時間單位，所以計數(shù)器的工作循環(huán)為16，應(yīng)選擇一個十六進(jìn)制的計數(shù)器來控制，故選擇74LS161四位異步二進(jìn)制計數(shù)器，再加上相應(yīng)控制器來配合，達(dá)到計數(shù)器分別在9、10、15、16翻轉(zhuǎn)的目的。 方案二：本方案主要由主控制電路和秒脈沖發(fā)生器組成，其中主控制電路包括：主控制器、清零裝置、驅(qū)動裝置、信號燈裝置及一些邏輯門。主控制器中采用兩塊74LS290二-五-十進(jìn)制來實現(xiàn)八十進(jìn)制計數(shù)器。秒脈沖發(fā)生器由555秒脈沖發(fā)生器負(fù)責(zé)提供脈沖信號。接通電源瞬間，清零裝置將主控制器清零，緊接

4、著，主干道綠燈和支干道紅燈打開，其余主、支道燈關(guān)閉。秒脈沖傳送到控制器，主控制電路在45s到，50s到，75s到，80s到分別產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號，從而改變 主、支道綠、黃、紅燈的開閉持續(xù)時間，繼而實現(xiàn)交通信號燈控制。 方案三：十字路口車輛通行情況只可能有4種情況，可以依次用S0=00,S1=01,S2=10,S3=11,L來記憶交通燈的工作情況。分別對這四種情況進(jìn)行編碼，得到轉(zhuǎn)換圖，顯然這是一個四進(jìn)制計數(shù)器，可以采用J-K觸發(fā)器74LS107來構(gòu)成，控制電路。 經(jīng)過比較，我選擇方案一，因為方案一比較容易理解設(shè)計思路比較清晰，主控制器用的是十六進(jìn)制74LS161計數(shù)器，該元件在電工實驗中使用過，比較熟

5、悉，比案二、三更容易實現(xiàn)。而方案三中器件我不太熟悉，所以最終我們選方案一。四、設(shè)計方案的原理框圖、總體電路圖、接線圖及說明 1、設(shè)計方案原理框圖（圖1） 2、設(shè)計方案總體電路圖（圖2）次干道紅綠燈主干道紅綠燈主控制器組合邏輯電路計數(shù)器（十六進(jìn)制）脈沖信號（T=5s）JK觸發(fā)器 圖1. 設(shè)計方案原理框圖 A0 A1 A2 A3 EP ET LD RDVcc=5V74LS161CP555定時器脈沖信號發(fā)生器51483762470uF Q3 Q2 Q1 Q0 &JK觸發(fā)器CP &JK觸發(fā)器CP &JK觸發(fā)器CP &JK觸發(fā)器CP綠1 黃1 紅1 黃2紅2JK觸發(fā)器綠2

6、 K J K J K J K J J K 低電平清零信號1 圖2. 總體電路圖（*說明：JK觸發(fā)器的K端懸空代表高電平，且JK觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)。紅1、黃1、綠1表示主干道信號燈，紅2、黃2、綠2表示次干道信號燈。工作前RD端先接低電平清零。） 3、電路原理簡要說明：電路的脈沖信號由CB555定時器組成的多諧振蕩器外接上合適的電容C和電阻R組成，可以產(chǎn)生T=5s的矩形波，該信號輸入計數(shù)器74LS161（十六進(jìn)制計數(shù)器）進(jìn)行計數(shù)并通過Q3Q2Q1Q0輸出二進(jìn)制數(shù)。在組合邏輯電路作用下分別在0（0s）、9(5*9=45s)、10(5*10=50s)、15(5*15=75s)時對JK觸發(fā)器進(jìn)行觸發(fā)（

7、或置零）使相應(yīng)二極管發(fā)光，實現(xiàn)信號燈的功能。五、單元電路設(shè)計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算Vcc 1、脈沖信號發(fā)生電路： U0 圖3. CB555定時器電路 470uF圖4. CB555定時器接線圖 按照圖4.接好電路，可知脈沖信號周期 T=tp1+tp2=ln2(R1+2R2)C 令T=5s，則可取R1=R2=5.1K C=470uF.將R1=R2=5.1K，C=470uF按要求接入電路，在U0端即可輸出T=5s的矩形脈沖波。2、十六進(jìn)制計數(shù)器電路： 圖5. 計數(shù)器接線圖 圖6. 74LS161管腳圖 將脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號接在CP端，置數(shù)端接地，EP、ET、LD、RD端均接高電平，

8、在Q3Q2Q1Q0端即可得到0-15的二進(jìn)制編碼，實現(xiàn)對矩形脈沖的計數(shù)。3、組合邏輯電路功能分析與電路設(shè)計： （1）根據(jù)設(shè)計要求與實際情況可得到信號燈的邏輯狀態(tài)圖和邏輯電路圖： 時間0-45s45-50s50-75s75-80s主干道信號燈紅0011黃0100綠1000次干道 信號燈紅1100黃0001綠0010*0代表燈滅，1代表燈亮 表1. 信號燈的邏輯狀態(tài)圖 圖7. 組合邏輯電路圖（2）組合邏輯電路的功能分析： 首先，定時器產(chǎn)生的矩形方波（T=5s）經(jīng)計數(shù)器統(tǒng)計后在輸出端Q3Q2Q1Q0 形成二進(jìn)制數(shù)從0000到1111循環(huán)，每個數(shù)字間間隔5s，當(dāng)Q3Q2Q1Q0 =0000時，與非門輸

9、出低電平觸發(fā)JK觸發(fā)器使綠燈變亮，并保持。當(dāng)Q3Q2Q1Q0 =1001時，與非門輸出低電平觸發(fā)JK觸發(fā)器使黃燈變亮，同時，與非門的輸出端使觸發(fā)器的J處于低電平將觸發(fā)器強制置零，使綠燈1熄滅。其他燈的亮與滅的實現(xiàn)方法與此相同：Q3Q2Q1Q0 使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，下一個與門對上一個觸發(fā)器置零，使各個燈按要求點亮和熄滅。 由于主干道和次干道上燈的狀態(tài)有一定關(guān)系，可將次干道上的信號燈與主干道上相應(yīng)的燈連接，以簡化電路。 （3）JK觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表：J KQnQn+1功能0 010Qn保持0 1100置01 0101置11 110Qn計數(shù)4、JK觸發(fā)器和信號燈電路74LS112由兩個JK觸發(fā)器集成： 圖

10、8. 信號燈顯示電路 圖9. 74LS112管腳圖 JK觸發(fā)器在組合邏輯電路的觸發(fā)（或置零）下輸出信號0、1，控制信號燈的亮與滅。六、收獲與體會、存在的問題1、課程設(shè)計體會：電工與電子課程設(shè)計能讓我們綜合運用所學(xué)知識來判斷，分析，解決問題。在這次設(shè)計過程中，我們遇到好多以前沒見多問題，經(jīng)過這一周的課程設(shè)計，使我對課本知識有了新的認(rèn)識和掌握，更讓我學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識。學(xué)會了如何從實際出發(fā)分析問題，解決問題，以及合作的重要性。同時我們也認(rèn)識到在解決實際問題時一定要謹(jǐn)慎、細(xì)心抓住主要問題一絲不茍的深入研究，這樣才能更快的解決問題。在設(shè)計電路，解決問題時，僅僅靠課本上的知識是不夠的，我們還要到圖書館和互聯(lián)網(wǎng)上查閱資料。這次課程設(shè)計讓我們將知識在實踐中親自應(yīng)用，給了我們思考的機(jī)會，獲益匪淺。由于我們的時間和水平都很有限，設(shè)計中不當(dāng)和欠缺之處在所難免，望老師及其他同學(xué)批評指正。2、存在問題：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，善于發(fā)現(xiàn)問題，深入思考，才會有長足進(jìn)步。七、參考文獻(xiàn) 1、電工學(xué)（下冊）