交通信號(hào)控制燈的設(shè)計(jì)方案

1、學(xué) 號(hào)： 0120811360118課 程 設(shè) 計(jì)題 目交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化專業(yè)班 級(jí)自動(dòng)化0801班姓 名黎德剛指導(dǎo)教師鄧堅(jiān) 林偉2010年07月08日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 黎德剛 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0801班 指導(dǎo)教師： 鄧堅(jiān) 林偉 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì) 初始條件：1 運(yùn)用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識(shí)；2 用到的元件：實(shí)驗(yàn)板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。要求完成的主要任務(wù):1 假設(shè)一路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為東西紅燈，南北紅燈，2 然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1東西綠燈通車，南北紅燈。3 過25s轉(zhuǎn)狀態(tài)2，東

2、西綠燈滅，黃燈閃爍5次，南北仍紅燈。4 再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。5 過20s轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃5次黃燈，東西仍是紅燈。6 最后循環(huán)至狀態(tài)1，如此不斷周期循環(huán)下去。7 嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說明書要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。時(shí)間安排： 第1天 下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第24天 進(jìn)行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計(jì)方案； 第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；第68天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯(cuò)誤并提出問題；第911天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，驗(yàn)收調(diào)試結(jié)果；第1214天 補(bǔ)充完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 2010年 6月26日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2

3、010年 6月26日目 錄引言11 設(shè)計(jì)意義及要求21.1 設(shè)計(jì)意義21.2 設(shè)計(jì)要求22 方案設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)思路32.1.1 個(gè)人方案(方案一) 32.1.2 個(gè)人方案(方案二) 32.2 方案設(shè)計(jì)32.2.1 個(gè)人方案(方案一) 32.2.2 小組方案(方案二)62.3 方案比較83 部分電路設(shè)計(jì)93.1 脈沖源93.2 計(jì)數(shù)電路103.3 譯碼電路113.4 邏輯門電路134 調(diào)試與檢測(cè) 144.1 調(diào)試中的故障及解決辦法 144.2 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果 145 仿真操作步驟及使用說明 15結(jié)束語16參考文獻(xiàn)17附錄1 方案一總電路圖18附錄2 方案二總電路圖19附錄3 元器件清單20本

4、科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計(jì)說明書引言課程設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)的一大創(chuàng)新，也是大學(xué)階段給學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的一個(gè)平臺(tái)。在鞏固和加強(qiáng)理論知識(shí)的同時(shí)，也起到了鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的作用，對(duì)于本科教學(xué)有重要的意義和作用。這次的課程設(shè)計(jì)要求我們通過運(yùn)用已學(xué)的數(shù)電知識(shí)和查閱相關(guān)資料，自己設(shè)計(jì)出一套交通燈控制電路。該電路可以基本實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通情況的控制，并且可以循環(huán)工作。此次課程設(shè)計(jì)形式開放，設(shè)計(jì)方法和元器件基本無限制，可以讓我們充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。此次設(shè)計(jì)我將用到555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器，74154，74LS16,以及各種邏輯門電路來實(shí)現(xiàn)我的方案。因此需要我能充分運(yùn)用學(xué)

5、過的數(shù)電以及模電知識(shí)，來解決設(shè)計(jì)中的問題。整個(gè)設(shè)計(jì)過程，我們小組經(jīng)歷了選題、構(gòu)思、分析、設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試、撰寫報(bào)告等過程。每一個(gè)過程都離不開小組成員的積極探討和配合，其間，我們遇到了很多問題，通過團(tuán)隊(duì)的力量這些問題得到了很好的解決，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的凝聚力也得到了增強(qiáng)。1設(shè)計(jì)意義及要求1.1 設(shè)計(jì)意義 交通燈在大道上隨處可見，他們有條不紊的工作，不足為奇，但有沒想嘗試過自己來設(shè)計(jì)一套交通燈控制系統(tǒng)呢？這次課程設(shè)計(jì)就是要我們自己動(dòng)手來設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)，讓我們更好的理解和學(xué)習(xí)理論知識(shí)，學(xué)會(huì)把理論應(yīng)用到實(shí)際中去；通過查閱資料，更加熟悉各芯片的引腳和功能。通過設(shè)計(jì)和實(shí)物連接，來激發(fā)和增強(qiáng)自己的電工

6、電子方面的興趣。1.2 設(shè)計(jì)要求：假設(shè)一路口為東西南北走向。交通燈開始工作后，東西綠燈亮25秒，通車；此時(shí)南北保持紅燈，不通車。25秒后東西變黃燈，閃爍5秒東西方未過停車線的車禁止通行，過了停車線的繼續(xù)通行；此時(shí)南北保持紅燈。5秒過后，東西方變紅燈，不通車；南北變綠燈，通車。20秒后再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈亮。過20s轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃5次黃燈，東西仍是紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)1，如此不斷周期循環(huán)下去。2 方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路2.1.1 個(gè)人方案(方案一)：利用模電數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)時(shí)序電路，來同時(shí)控制交通燈的狀態(tài)。不同的輸入對(duì)應(yīng)不同的輸出，即各個(gè)交通燈的狀態(tài)，時(shí)序電路不斷循環(huán)，

7、從而交通燈循環(huán)工作。 2.1.2 小組方案(方案二)：小組方案也是通過時(shí)序電路來實(shí)現(xiàn)，但是脈沖信號(hào)為秒脈沖，先通過時(shí)序電路把東西方向的交通燈亮滅問題解決，再通過反饋即其它門電路解決南北方向的。2.2 方案設(shè)計(jì)2.2.1 個(gè)人方案(方案一)：通過對(duì)交通燈狀態(tài)變化的時(shí)間來看，發(fā)現(xiàn)東西和南北方向各燈保持的時(shí)間都為5的倍數(shù)，因此，可以用一個(gè)0.2HZ的脈沖做芯片脈沖源。芯片選用74154（4線-16線譯碼器），每一個(gè)輸入地址對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出狀態(tài)即可。各個(gè)輸出狀態(tài)對(duì)應(yīng)東西南北各燈的狀態(tài)，燈亮用“1”表示，燈滅用“0”表示。以下為控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表.東西方紅黃綠分別用RYG表示，南北紅黃綠風(fēng)別用ryg表示. 0.

8、2HZ脈沖發(fā)生器1HZ脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)電路東西方紅綠燈邏輯門電路譯碼電路南北方紅綠燈圖1 交通燈控制總電路框圖表1 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表地址輸入輸出東西南北每個(gè)狀態(tài)時(shí)間A B C DyiR Y Gr y gT(s)0 0 0 0Y00 0 11 0 050 0 0 1Y10 0 11 0 050 0 1 0Y20 0 11 0 050 0 1 1Y30 0 11 0 050 1 0 0Y40 0 11 0 050 1 0 1Y50 1 01 0 050 1 1 0Y61 0 00 0 150 1 1 1Y71 0 00 0 151 0 0 0Y81 0 00 0 151 0 0 1Y91 0 00 0

9、 151 0 1 0Y101 0 00 1 05 通過該轉(zhuǎn)換表得出下列表達(dá)式：由此可見共有11個(gè)狀態(tài)，故設(shè)計(jì)一個(gè)11進(jìn)制的加計(jì)數(shù)器來控制74154的地址輸入數(shù)據(jù)，加計(jì)數(shù)器由74ls163制作。脈沖信號(hào)由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生。工作原理分析：計(jì)時(shí)電路脈沖周期為5秒，計(jì)數(shù)電路為11進(jìn)制，對(duì)應(yīng)上面的控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計(jì)數(shù)電路的輸出即譯碼器的輸入二進(jìn)制序列為00000100，通過邏輯門電路使東西方紅黃綠燈的狀態(tài)為001，南北為100；序列為0101時(shí)，東西方為010，南北方為100；序列為01101001，東西方為100，南北方為001；序列為1010時(shí)，東西方為100，南北方為010；（每轉(zhuǎn)

10、變一個(gè)二進(jìn)制序列經(jīng)歷時(shí)間為一個(gè)周期5秒）當(dāng)進(jìn)入無關(guān)項(xiàng)1011時(shí)讓計(jì)數(shù)器清零，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。當(dāng)黃燈亮?xí)r要求其閃爍，此過程通過將輸入黃燈的信號(hào)與1HZ的脈沖信號(hào)相與后輸入到黃燈便可實(shí)現(xiàn)。圖2 方案一總電路圖2.2.2 小組方案(方案二)：圖3 方案二總電路圖 該方案由脈沖源、計(jì)數(shù)器、反饋電路、控制門電路、顯示器等五大部分組成?？傮w框圖如下：反饋清零反饋清零 計(jì)數(shù)器（024與2024）計(jì)數(shù)器（3進(jìn)制）顯示器1HZ脈沖源邏輯門控制電路圖4 方案二總體框圖該電路的秒脈沖由555定時(shí)器來制作。兩個(gè)74LS192用來產(chǎn)生024和2024的秒加計(jì)數(shù)，當(dāng)一次計(jì)數(shù)從00到24或20到24時(shí)產(chǎn)生一進(jìn)位信號(hào)到第三個(gè)

11、74LS192，用來產(chǎn)生地址信號(hào)，譯碼器將地址信號(hào)譯碼轉(zhuǎn)變成輸出信號(hào)來控制交通燈，由于采用的發(fā)光二極管為共陰極接法，后面的非門是用來實(shí)現(xiàn)電平的高低轉(zhuǎn)換。黃燈的閃動(dòng)是通過黃燈的控制信號(hào)與秒脈沖控制信號(hào)相與非而產(chǎn)生的信號(hào)加到黃燈的非門引腳。下面的各種門電路為信號(hào)控制信號(hào)，可以通過信號(hào)反饋來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的24秒計(jì)時(shí)，或用來控制南北方向上的燈亮滅。2.3 方案比較 第一種方案和第二種方案都是通過數(shù)電知識(shí)來實(shí)現(xiàn)所要求的功能，第一種方案即個(gè)人方案是設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)序電路來實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)時(shí)序脈沖為0.2HZ，第二種方案即小組方案也是通過一個(gè)時(shí)序電路來實(shí)現(xiàn)，脈沖為秒脈沖，交通燈的亮滅需要反饋電路來控制。第一種方

12、案原理比較簡(jiǎn)潔直觀，第二種稍微復(fù)雜。但兩種方案從電路的結(jié)構(gòu)上來看復(fù)雜程度接近。3 部分電路設(shè)計(jì)3.1 脈沖源利用555定時(shí)器為主組成多諧振蕩器，輸出兩種頻率（0.2HZ與1HZ）的矩形方波，實(shí)現(xiàn)脈沖電路功能。555定時(shí)器原理圖如圖所示，功能表如圖所示圖5 555定時(shí)器原理圖由555定時(shí)器組成的脈沖電路如圖：圖6 脈沖電路圖根據(jù)功能表和電路圖計(jì)算如下： 取10350即可實(shí)現(xiàn)輸出0.2的矩形方波；取370即可實(shí)現(xiàn)輸出1的矩形方波。3.2 計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路采用芯片，其為四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其為四位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，通過反饋清零法將其改為進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，電路圖如下：圖7 計(jì)數(shù)器電路圖8 74163管腳圖表2

13、 74163功能表功能0同步清零10 同步置數(shù)1101保持（包括RCO的狀態(tài)）110保持（RCO=0）1111加計(jì)數(shù)3.3 譯碼電路圖9 譯碼電路1 A0 VCC 162 A1 YO 153 A2 Y1 144 A3 Y2 135 E2A Y3 126 E2B Y4 117 Y7 Y5 108 GND Y6 9圖10 74154管腳圖表3 74154功能表3.3 邏輯門電路邏輯門電路用于實(shí)現(xiàn)控制東西、南北方向各燈的表達(dá)式，其電路如下圖：RGrgyY圖11 邏輯門電路4 調(diào)試與檢測(cè)4.1 調(diào)試中的故障及解決辦法調(diào)試過程中對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行波形檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)周期與理論值稍有偏差，在誤差允許的范圍內(nèi)，故而脈

14、沖信號(hào)設(shè)計(jì)無誤。方案一 沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，運(yùn)行較順利。方案二 在打開仿真開關(guān)后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示亂碼，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)管腳電平高低位接反，改接后問題解決。另外，在192,138的輸入輸出端有一些灰色的點(diǎn)即不定狀態(tài)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)仿真前電路中芯片引腳本來應(yīng)該接地或接高電平的管腳沒有接，按設(shè)計(jì)圖接好后灰點(diǎn)消失，不定狀態(tài)沒有了，交通燈的工作運(yùn)行正常。4.2 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果按下仿真開關(guān)，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行觀察并做記錄，總結(jié)如下表：表4 方案一運(yùn)行結(jié)果時(shí)間東西狀態(tài)南北狀態(tài)024綠紅2529黃紅3049紅綠5054紅黃 表5 方案一運(yùn)行結(jié)果時(shí)間東西狀態(tài)南北狀態(tài)0 24綠紅2024黃紅0 19紅綠2024紅黃結(jié)果均符合要求。5

15、仿真操作步驟及使用說明一、 建立新文件打開ISIS系統(tǒng)，選擇文件菜單中的新建，打開圖紙選擇窗口，選擇合適的圖紙類型，確定后會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)缺省標(biāo)題為untitled的文件，再選擇文件菜單的另存為，將文件名改為“交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)-自動(dòng)化0801黎德剛”。二、 調(diào)用對(duì)象 根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖來加載或調(diào)出相應(yīng)元器件。具體做法為：對(duì)于電源，接地等根據(jù)對(duì)象的類別在工具箱選擇相應(yīng)模式的圖標(biāo)；根據(jù)對(duì)象的具體類型選擇子模式圖標(biāo)。對(duì)于芯片、電阻電容等元器件在“pick devices”對(duì)話框中輸入相應(yīng)元件名稱進(jìn)行收索并添加到“devices”庫中。三、 部分電路布圖 根據(jù)部分電路原理圖添加元件到設(shè)計(jì)界面，按要求

16、更改其屬性值并連線。每連接好一個(gè)部分電路檢查其功能是否正確，如有錯(cuò)誤，進(jìn)行調(diào)試修改。 四、 整體布圖各個(gè)部分電路圖連接好后用導(dǎo)線把各部分連接起來。五、 總電路調(diào)試及仿真打開仿真開關(guān)進(jìn)行仿真，如有不對(duì)之處或需要改進(jìn)之處先保存文件再進(jìn)行修改。六、 布局美化根據(jù)圖紙大小調(diào)整電路圖，使其盡量在圖紙內(nèi)，并使圖紙?zhí)畛滹枬M美觀；對(duì)于部分可就近的或者偏斜的線逐個(gè)刪除后重連，是整體布局美觀大方專業(yè)。 說明： 仿真時(shí)各個(gè)引腳會(huì)出現(xiàn)小方塊表示當(dāng)前邏輯狀態(tài)，紅色表示“1”，藍(lán)色表示“0”。各導(dǎo)線被選中后，深紅色的表示高電壓，淺綠色的表示低電壓。線上出現(xiàn)的箭頭表示電流方向。 結(jié)束語通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考

17、和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，比如線連接不上、打開仿真開關(guān)后電路沒反映等，這些問題都需要通過自己來思考或和小組成員討論。另外，在接線時(shí)，有時(shí)心中會(huì)突然冒出一新的設(shè)計(jì)方案，局的簡(jiǎn)單些，于是就放下現(xiàn)有的方案去嘗試新方案，卻也總存在很多問題，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。 我覺得這次課程設(shè)計(jì)很有意義，因?yàn)槲覀儚臅旧蠈W(xué)到的都是理論知識(shí)，在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課上的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)也大都是按別人設(shè)計(jì)好的電路來做，沒有創(chuàng)新和突破。課程設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)把理論和實(shí)際更好的結(jié)合起來的機(jī)會(huì)，通過查閱資料等，我認(rèn)識(shí)了很多新的芯片，并對(duì)學(xué)過的芯片的功能有了更深的理解。 通過本次課程設(shè)計(jì)，使我從初步學(xué)會(huì)了

18、一種新的仿真軟件proteus。同時(shí)，我發(fā)現(xiàn)在使用軟件畫圖時(shí)一定要有條理，否則線畫多了眼前會(huì)一片混亂。 一個(gè)團(tuán)隊(duì)的合作同樣很重要，對(duì)于不清楚的問題大家可以集體討論。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我們這個(gè)小組配合的比較好，工作效率得到很大的提升。同時(shí)感謝輔導(dǎo)老師細(xì)心及時(shí)地輔導(dǎo)，使我們能及時(shí)解決設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。課程設(shè)計(jì)大學(xué)也就那么幾次，我覺的我們應(yīng)該珍惜，他可以鍛煉我們的動(dòng)手能力，也為我們以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。另外，整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程是充滿艱辛和汗水，和小組成員一起探討的日子也是美好的，難忘的，相信這將會(huì)是我人生中的一段美好回憶。參考文獻(xiàn)1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）.高等教育出版，2006.12 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社，20023 何緒芃，曾發(fā)柞.脈沖與數(shù)字電路 .成都：電子科技大學(xué)出版社，2001.14 周惠朝.常用電子元件及典型應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2005附錄1 方案一總電路圖附錄2 方案二總電路圖附錄3 元器件清單 個(gè)人方案(方案一)小組方案（方案二）元件名稱數(shù)量元件名稱數(shù)量555定時(shí)器2個(gè)74ls192374ls1631片74ls1381741541片74ls00174ls041片74ls02174ls081片74ls04174ls201片74ls18174ls303片