交通信號(hào)燈控制器1

1、揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 交通信號(hào)燈控制器 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2011年6月17日 總 目 錄第一部分：任務(wù)書 第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)告第三部分：設(shè)計(jì)圖紙第 一 部 分任務(wù)書數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的 本課程是在學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1. 使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力； 2.

2、 使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?3. 熟悉并學(xué)會(huì)選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的要求1. 設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求；2. 必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題； 3. 合理選用元器件； 4. 按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)并提交設(shè)計(jì)報(bào)告。 三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1、方案設(shè)計(jì)；(半天)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號(hào)概貌的框圖。2、 電路設(shè)計(jì)：(一天)根據(jù)方案設(shè)計(jì)框圖，并畫出詳細(xì)的邏輯圖3、 裝配圖設(shè)計(jì)

3、：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計(jì)出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號(hào)以及器件布置的實(shí)際位置)。同時(shí)配以必要的文字說(shuō)明。4、 電路制作：(兩天)對(duì)選定的設(shè)計(jì)，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實(shí)驗(yàn)。5、 總結(jié)鑒定：(一天)考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠地工作，并寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。四、設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容交通信號(hào)燈控制器（1）、用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。（2）、南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀。設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路(減“1”計(jì)數(shù)) 。 （3）、可以手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，夜間為黃燈閃耀。 五、設(shè)計(jì)要求1、 用中小型

4、規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；2、 課題要求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；3、 在EDA編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真。4、 寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。六 、器件與器材與、或、非門八輸入與非門 74LS30同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 74LS160振蕩分頻器 CD4060555定時(shí)器 555DCD HEX LED共陰數(shù)碼管、微動(dòng)開關(guān)、撥盤開關(guān)、LED(紅、綠、藍(lán))、電阻、電容、二極管、三極管、導(dǎo)線七、使用儀器設(shè)備1、 PC機(jī)（裝有MULTISIM軟件）；2、 GW48 EDA編程系統(tǒng)等。八、參考文獻(xiàn)1童詩(shī)白 華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版). 北京：高教出版社， 20

5、002 閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京：高教出版社， 20003有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書”；4“集成電路特性應(yīng)用手冊(cè)”；九、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告主要內(nèi)容1、 任務(wù)及要求；2、 方案特點(diǎn)；3、 各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫)；4、 單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試；5、 總邏輯圖；6、 總裝配圖；7、 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果；8、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(畫出必要的波形，進(jìn)行測(cè)量精度和誤差分析)；9、 調(diào)試中出現(xiàn)問(wèn)題的解決；10、改進(jìn)意見及收獲體會(huì)等。第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求. （7）2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案. （8）2.1 總體設(shè)計(jì)方案. （8）2.2 方案特點(diǎn) .（8）3 控制電路設(shè)計(jì). （9

6、） 3.1 控制電路工作原理.（9） 3.2 器件選型.（9）4 振蕩電路設(shè)計(jì). （10）4.1 振蕩電路工作原理.（10）4.2 參數(shù)計(jì)算. （10） 4.3 器件選型.（10）5 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì). （11） 5.1 計(jì)數(shù)電路工作原理.（11） 5.2 器件選型.（11）6夜間電路控制. （12） 6.1夜間控制電路原理.（12）6.2器件選型.（12）7 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì). （13） 7.1 系統(tǒng)總體電路. . .（13） 7.2 電路說(shuō)明.（14）8 電路調(diào)試. （15） 8.1振蕩電路調(diào)試（15） 8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析. （15） 8.3 控制電路測(cè)試. （15） 8.4

7、夜間模式測(cè)試. （15）8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào). （15）9 改進(jìn)意見及收獲體會(huì). （16）10 器件明細(xì)清單. （17）參考文獻(xiàn). （18）附錄（22）1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求交通信號(hào)燈控制器（1）、用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。（2）、南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。黃燈是間歇閃耀。設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路(減“1”計(jì)數(shù)) 。（3）、可以手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，夜間為黃燈閃耀。流程如下圖所示：2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)方案2.2方案特點(diǎn)道路較窄而車輛通行較多，支線、干線的車輛通行時(shí)間不等，允許人工監(jiān)控或修改各線通行時(shí)間，同時(shí)設(shè)有道路應(yīng)急控制。十字路口要有數(shù)字

8、顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間，并且能夠在人監(jiān)控狀態(tài)下，干道、支道通行時(shí)間通過(guò)鍵盤修改或通過(guò)開關(guān)人為控制。 本設(shè)計(jì)在很多方面，比如譯碼器的選擇，定時(shí)器選型，程序調(diào)用方式等等盡量做到不與本組其他成員雷同，程序編制力求簡(jiǎn)便清晰，硬件連接圖在保證每根具體用到的管腳線都能被表示出來(lái)的同時(shí)，力求線路連接清晰明確，盡量不使線與線之間過(guò)于纏繞。并且保證了電路工作的穩(wěn)定性，同時(shí)加入了人工控制線路，可以更好的處理應(yīng)急事件（如交通管制），晚上的黃燈閃爍對(duì)于夜間行駛的汽車起到提醒作用。3控制電路設(shè)計(jì)控制電路原理圖3.1、控制電路原理將十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160改接成四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器作為控制電路的信

9、號(hào)發(fā)生器。與門U10A的輸入端Y1和Y2分別與控制電路的八與非門U5和U15的輸出端Y1和Y2相連。每當(dāng)Y1或Y2輸出低電平時(shí)74LS160的CLK端口將接收到一個(gè)下降沿脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器加1.再通過(guò)門電路控制燈的亮與滅?？刂齐娐氛嬷当鞶BQA綠燈G2黃燈Y2紅燈R2綠燈G3黃燈Y3紅燈R300100001010100011000010011001010邏輯表達(dá)式：G2=QBQA Y2=QBQACLK R2=QBG3=QBQA Y3=QBQACLK R3=QB(注:CLK為脈沖信號(hào))3.2、器件選型：74LS160、與門、或門、非門、燈泡、電源4 振蕩電路設(shè)計(jì) 4.1振蕩電路工作原理 石英晶體秒

10、脈沖源由 CD4060 和晶體、電阻、電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，電路如圖所示。 CD4060 內(nèi)部含有構(gòu)成振蕩器的門電路。通過(guò)外接元件構(gòu)成了一個(gè)振蕩頻率為 32.768kHz 的典型石英振蕩器。該脈沖源的輸出直接接到 14 級(jí)計(jì)數(shù)器，在輸出端 Q A 可以得到 0.5s 脈沖（ 32768/2 14 =2Hz ）。這種電路常用于電子表、電子鐘及其它定時(shí)設(shè)備。4.2參數(shù)計(jì)算并聯(lián)在兩個(gè)反相器輸入、輸出間的電阻 R 1 、 R 2 的作用是使反相器工作在線性放大區(qū)， R 1 、 R 2 的阻值，對(duì)于 TTL 門來(lái)說(shuō)通常取 0.7 2K , 而對(duì) CMOS 門來(lái)說(shuō)則常取 10 100M 。電容 C 1 和 C 2

11、 用作反相器間的耦合，它們的容抗在石英晶體的諧振頻率 f 0 時(shí)，可以忽略不計(jì)。 從上圖可知，石英晶體在串聯(lián)諧振頻率附近的選頻特性非常好，只有頻率 f 0 的信號(hào)容易通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)均會(huì)被晶體所衰減。因此，一旦合上電源，振蕩器只有 f 0 頻率信號(hào)通過(guò)，不斷放大，而有穩(wěn)定輸出。4.3器件選型 CD4060、電阻10k 、石英晶體(32768 HZ) 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)Y2Y1計(jì)數(shù)電路原理圖5.1、計(jì)數(shù)電路原理把兩片74LS190通過(guò)將CLK和RCO相連實(shí)現(xiàn)18s倒計(jì)時(shí)。左邊片子為高位實(shí)現(xiàn)1，0跳變。右邊片子為低位實(shí)現(xiàn)依次8到1和9到1跳變。邏輯表達(dá)式為Y1=(QDQCQBQA)(QD1QC1Q

12、B1QA1),Y2=(QDQCQBQA)(QDQCQBQA)。當(dāng)74LS190輸出均為低電平時(shí)Y1和Y2均為低電平，此時(shí)74LS190被異步置數(shù)，74LS160得到一下降沿脈沖，計(jì)數(shù)器加1。當(dāng)數(shù)碼管顯示03時(shí)Y1為高電平，Y2為低電平，給74LS160一個(gè)下降沿脈沖，使其加1.譯碼顯示使用具有譯碼功能的四端口輸入器件DCD HEX DIG共陰數(shù)碼管.5.2器件選型：DCD HEX DIG數(shù)碼顯示管、74LS190、脈沖發(fā)生器、八端口與非門、非門、電源6、 夜間電路控制 C1Y2Y1夜間控制電路原理圖6.1、夜間控制電路原理與門U10A的輸入端接法與功能見控制電路功能。為實(shí)現(xiàn)交通燈的閃爍功能，接

13、一個(gè)手動(dòng)開關(guān)如圖所示，邏輯表達(dá)式為G2=QBQAC1 Y2=QBQACLK+C1 R2=QBC1G3=QBQAC1 Y3=QBQACLK+C1 R3=QB+C1(注:CLK為脈沖信號(hào),C1為VCC與開關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電平)夜晚時(shí)開關(guān)閉合C1=0，此時(shí)G2=G3=R2=R3=0，Y2=Y3=1.白天時(shí)開關(guān)打開C1=1，此時(shí)燈工作在正常狀態(tài)。6.2、器件選型：74LS160、紅黃綠燈泡、開關(guān)、與門、或門、非門、電源7系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)7.1系統(tǒng)總體電路7.2 電路說(shuō)明 交通燈控制系統(tǒng)功能圖它主要由減法計(jì)數(shù)器、步驟控制器、置數(shù)邏輯電路和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中74LS190組成的倒

14、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器控制74LS160接成四進(jìn)制加法器，使其輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)門電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分。電路剛開始工作，南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，計(jì)數(shù)電路開始從18倒計(jì)時(shí)此時(shí)，Y1=0，Y2=0，74LS160輸出端輸出00；當(dāng)數(shù)碼管顯示03時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路Y1=1，Y2=0經(jīng)與門產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖南北方向黃燈亮（黃燈閃爍），東西方向紅燈亮，74LS160輸出01。當(dāng)數(shù)碼管顯示00時(shí)，Y1=Y2=0經(jīng)與門產(chǎn)生下降沿，74LS160加1，輸出10，此時(shí)南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，同時(shí)74LS190異步置數(shù)，數(shù)碼管顯示18；再當(dāng)數(shù)碼管顯示

15、03時(shí)，Y1=1，Y2=0又產(chǎn)生一下降沿，74LS160加1輸出11，此時(shí)南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮（黃燈閃爍）.依次循環(huán)。 當(dāng)開關(guān)K3處于夜間模式時(shí)，南北與東西方向的黃燈亮，這樣對(duì)于夜間行駛的車輛起一個(gè)警示提醒作用。對(duì)于手動(dòng)控制部分，對(duì)于臨時(shí)調(diào)整紅綠燈情況有了很好的解決。電路里面的秒脈沖可以使用振蕩電路獲得，此次實(shí)驗(yàn)直接使用了實(shí)驗(yàn)箱提供的1HZ的方波信號(hào)。對(duì)于電路中替換的電路元器件使用方法和原器件基本上不變，完全可以參照電路圖實(shí)現(xiàn)。8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試首先調(diào)測(cè)時(shí)基信號(hào)，調(diào)節(jié)發(fā)生器使之輸出1Hz的時(shí)基信號(hào)。并觀察其波形。8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 先將Y1與74LS190的

16、LD相連,打開開關(guān)高位數(shù)碼管顯示從8跳轉(zhuǎn)到0其間低位數(shù)碼管為1.當(dāng)?shù)臀粩?shù)碼管從0跳轉(zhuǎn)到9時(shí),高位數(shù)碼管從1跳轉(zhuǎn)到0.當(dāng)兩個(gè)數(shù)碼管顯示為00時(shí),倒計(jì)時(shí)電路重復(fù)上述步驟. 將Y2與74LS190的LD相連,當(dāng)為03時(shí)數(shù)碼管重新顯示18,再進(jìn)行減法計(jì)數(shù).8.3控制電路測(cè)試 將計(jì)數(shù)電路的Y1、Y2通過(guò)與門74LS160的CLK相連，打開開關(guān)測(cè)試電路，燈的變化情況與要求相符。8.4 夜間模式測(cè)試 將夜間模式接入電路，打開K1燈正常工作（白天），關(guān)閉K1黃燈亮，綠燈和紅燈不亮。（夜晚）8.5系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 由于夜間模式測(cè)試時(shí)已將整個(gè)電路接好所以測(cè)試方法與夜間模式相同。9 改進(jìn)意見及收獲體會(huì)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)很快

17、就過(guò)去了。在這一個(gè)星期里，通過(guò)上網(wǎng)搜索，詢問(wèn)老師我完成了從電路的部分結(jié)構(gòu)構(gòu)思到整體設(shè)計(jì)到后來(lái)的設(shè)計(jì)完成、軟件仿真成功。期間我經(jīng)歷了許多挫折，付出了很多時(shí)間和汗水，但最后我成功了。心中極其高興。 剛接到設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，感覺只有一個(gè)字“難”，半天的資料搜索終于從大三學(xué)長(zhǎng)那弄來(lái)了一張圖，但他的電路和我的想法完全相反，由于時(shí)間緊只得暫時(shí)使用了。得到圖后就是半天的在Multisim軟件上接線仿真，可無(wú)論怎么接怎么改都沒能成功，心中急呀。一天就這樣花費(fèi)在這張圖上的修改與仿真了。禍不單行電腦電源此時(shí)也燒掉了，真想放棄了。但還是堅(jiān)持了下來(lái)，開始拋棄原來(lái)的圖自己上網(wǎng)搜索自己接，終于功夫不負(fù)有心人終于被我弄出來(lái)了。當(dāng)

18、第二天老師檢查通過(guò)時(shí)真的很興奮。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我對(duì)計(jì)數(shù)器的進(jìn)制改接，極其功能的掌握有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。運(yùn)用的確是掌握知識(shí)的最好方法。這次數(shù)電課程設(shè)計(jì),雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認(rèn)識(shí)到，數(shù)字電路這門課程在科學(xué)發(fā)展中的至關(guān)重要性2，查閱參考書的獨(dú)立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，但是和其他同學(xué)討論后，充分肯定了原理，設(shè)計(jì)起來(lái)就非?？炝?。這次課程設(shè)計(jì)真是受益匪淺呀。來(lái)源：( - 數(shù)電課程設(shè)計(jì)心得_莪系阿峙的啦_新浪博客10、器件明細(xì)清單元件數(shù)量元件數(shù)量