數(shù)電技術(shù)課程設(shè)計-交通燈控制電路設(shè)計

課程設(shè)計報告書專用紙第11頁共11頁淮海工學(xué)院課程設(shè)計報告書課程名稱：數(shù)電技術(shù)課程設(shè)計題目：交通燈控制電路設(shè)計系（院）：電子工程學(xué)院學(xué)期：專業(yè)班級：電子101姓名：學(xué)號：031091130評語：成績：簽名：日期：引言眾所周知，中國是世界上人口最多的國家，同時中國也是世界上交通事故發(fā)生率最高的國家。中國每年交通事故死亡人數(shù)超10萬人，居世界第一。目前中國的道路安全形勢非常嚴(yán)峻，有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明每5分鐘就有一人喪生車輪，每1分鐘就會有一人因交通事故而傷殘，每年中國因交通事故所造成的經(jīng)濟損失上達(dá)數(shù)百億元。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，每年都有大量的農(nóng)村人口遷往城市，逐年增多的城市人口無疑給城市的交通帶來了很大的負(fù)擔(dān)。尤其在一些經(jīng)濟較發(fā)達(dá)的城市，例如上海，北京幾乎每天都會發(fā)生很多次堵車，這就白白浪費了很多人寶貴的時間。因此設(shè)計一個行之有效的交通燈控制電路，并讓人們自覺遵守，不但能有效的降低交通事故的發(fā)生率，而且可以幫助很多人節(jié)省大量的時間，從而間接提高人們每天的工作效率。我國交通路燈標(biāo)志分為4種：禁止標(biāo)志用紅色；警告標(biāo)志用黃色；指示標(biāo)志用藍(lán)色。本設(shè)計通過采用數(shù)字電路對交通燈控制電路進(jìn)行設(shè)計,提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車輛和行人安全通行,實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。2設(shè)計任務(wù)1、設(shè)計一個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行，每次通行時間都設(shè)為25s。2、要求黃燈先亮5s，才能變換運行車道。3、黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。4、每路口均有時間顯示（兩位LED）。3設(shè)計要求1、畫出總體設(shè)計框圖，以說明交通燈由哪些相對獨立的功能模塊組成，標(biāo)出各個模塊之間互相聯(lián)系，時鐘信號傳輸途徑、方向和頻率變化。并以文字對原理做輔助說明。2、設(shè)計各個功能模塊的電路圖、真值表（或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）并加上原理說明。3、有條件時選擇合適的元器件，在面包上接線驗證、調(diào)試各個功能模塊的電路，在接線驗證是設(shè)計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出信號方式要便于電路的測試和故障排除。4、設(shè)計整個電路的電路圖，加上原理說明。有條件時對整個電路的元器件和布線進(jìn)行合理布局，并進(jìn)行整個交通燈電路的接線測試4設(shè)計原理與參考電路4.1交通信號燈控制電路的系統(tǒng)框圖如圖1所示為交通燈控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。電路主要由秒脈沖發(fā)生器、減法計數(shù)器和控制器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中減法計數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，控制器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作。圖1交通信號燈控制電路的系統(tǒng)框圖4.2交通燈控制器的ASM一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下：(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)定的時間間隔后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。(2)甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。(3)甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。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)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，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，乙車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第(1)種工作狀態(tài)。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀，分別用S0，S1，S3，S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及其功能如表1所示.表1控制器工作狀態(tài)及功能控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0甲綠，乙紅甲通行，乙禁止S1甲黃，乙紅甲緩行，乙禁止S2甲紅，乙綠甲禁止，乙通行S3甲紅，乙黃甲禁止，乙緩行控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：AG=1：甲車道綠燈亮；BG=1：乙車道綠燈亮；AY=l：甲車道黃燈亮；BY=1：乙車道黃燈亮；AR=1：甲車道紅燈亮；BR=1：乙車道紅燈亮；5功能模塊設(shè)計5.1秒脈沖發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器構(gòu)成多諧振蕩器。555定時器的芯片結(jié)構(gòu)如下圖2圖2555定時器引腳圖可以用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，從而產(chǎn)生所需的脈沖信號，由555定時器組成的多諧振蕩器如圖3所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。圖3555接成的多諧振蕩器可選擇R1=54.9K，R2=47K，C=0.2uF，則振蕩頻率f=f=1.43/(R1+2R2)C=100H，其震蕩波形如下圖4圖4多諧震蕩器的波形5.2定時器定時器由同步十進(jìn)制加/減計數(shù)器74LS190構(gòu)成，用兩片74LS190級聯(lián)形成30進(jìn)制減法計數(shù)器。5.2.174LS190引腳圖圖574LS190引腳圖CLOCK:時鐘控制端（上升沿有效）CT：計數(shù)控制端（低電平有效）D0——D3：并行數(shù)據(jù)輸入端LOAD：為異步并行控制輸入端Qa——Qd：為數(shù)據(jù)輸出端U/D:為加減計數(shù)控制端5.2.274LS190的功能表表274LS190的功能表輸入輸出LOADCTENU/DCLKABCDQAQBQCQD100↑××××加法計數(shù)0××↑abcdabcd101↑××××減法計數(shù)74LS190的主要功能如表2所示，下面作簡要說明。（1）預(yù)置數(shù)：當(dāng)置數(shù)端（LOAD）為低電平時，當(dāng)時鐘上升沿到來時，數(shù)據(jù)輸入端信號A、B、C、D將對內(nèi)部觸發(fā)器直接置位或復(fù)位，結(jié)果使QA=A、QB=B、QC=C、QD=D，而與其他控制端的電平無關(guān)。（2）計數(shù)：在允許端CTEN為低電平，置數(shù)端無效（LOAD=1）的條件下，若加／減輸入端U/D為低電平，則可進(jìn)行加計數(shù)，若加／減輸入端U/D為高電平，可進(jìn)行減計數(shù)。（3）禁止計數(shù)：當(dāng)允許端CTEN為高電平時，計數(shù)被禁止。值得注意的是，允許端的電平應(yīng)在CP為高電平時發(fā)生變化。（4）級聯(lián)：為了便于進(jìn)行級聯(lián)，采用了兩個輸出：脈動時鐘輸出（RCO）和最大/最?。∕AX/MIN）計數(shù)輸出。當(dāng)計數(shù)器發(fā)生溢出或下溢時，脈動時鐘輸出將產(chǎn)生一個低電平輸出脈沖，其寬度為時鐘輸入的低電平部分，而最大/最小計數(shù)輸出將產(chǎn)生一個高電平輸出脈沖，其寬度為時鐘脈沖的整個周期。5.2.3計數(shù)器電路及原理圖6計時器電路圖原理：上圖中電路構(gòu)成了30進(jìn)制減法計數(shù)器，U4為十位顯示端，U6為個位顯示端。由于兩芯片要實現(xiàn)的是減法計數(shù)，所以U/D均接高電平。在上圖中U1的A、B引腳接高電平，C、D引腳懸空（相當(dāng)于接低電平），而U2的引腳A、B、C、D均接低電平，所以當(dāng)接通脈沖后U1的輸出為0011，U2的輸出為0000，故七段字符顯示器U4顯示3，U5顯示0。當(dāng)U2接入時鐘脈沖后，U2做減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)至0000時，輸出一個借位脈沖，使U1的輸出減1。只有當(dāng)U1，U2兩個芯片的輸出同時為0000時，U8A和U9A的輸出才同時為高點平，U5A的輸出才為低電平。這時兩芯片的LOAD引腳低電平有效，使兩芯片分別置數(shù)，U1被置成0011，U2被置成0000，從而構(gòu)成了一個循環(huán)。5.3控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。下圖為控制器的電路圖圖7控制器電路圖控制器由由一個四腳與門、一個與門、一個或非門和一個或門組成。在計數(shù)器計數(shù)從30——0的一個循環(huán)內(nèi)，控制器的狀態(tài)發(fā)生過兩次跳變。第一次是當(dāng)計數(shù)器U1的輸出為0000，U2的輸出為0101（即計數(shù)器計數(shù)至倒數(shù)第五秒的時候），控制器的輸出端由低電平跳變成高電平，交通燈的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。第二次是當(dāng)計數(shù)器U1的輸出為0000，U2的輸出也為0000時，控制器的輸出端由低電平跳變成高電平。6總電路圖設(shè)計圖8總體電路圖7設(shè)計總結(jié)通過這次的課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。在課程設(shè)計過程中，光有理論知識是不夠的，還必須懂一些實踐中的知識。這次的課程設(shè)計我是和幾個同學(xué)在一起做的，首先我們積極查詢相關(guān)資料，并且經(jīng)常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設(shè)計中只有一個人知道的原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。本次課程設(shè)計也鞏固和加深了我對數(shù)字電路基本知識的理解，提高了綜合運用所學(xué)知識的能力，增強了根據(jù)課程需要選學(xué)參考資料，查閱手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。然后深入研究，提出方案，對比后得出最終的可行方案。同時我也初步學(xué)習(xí)到了關(guān)于課程設(shè)計的基本方法、步驟和撰寫設(shè)計論文的格式。通過這次課程設(shè)計，我想說：為完成這次課程設(shè)計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂。這次的課程設(shè)計讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！8元器件列表

51-序號名稱元件編號參數(shù)備注1十進(jìn)制加/減法計數(shù)器74LS19122七段數(shù)碼顯示器DCD_HEX_BLUE23顯示，燈PROBE64555觸發(fā)器555_TIMER_RATED15JK觸發(fā)器74LS7326直流電源VCC5v37交流電源V25v，50Hz18電阻R154.9k19電阻R247k110電容C150nF111電容C210nF112或門7448N113或非門4001BD_5V114或非門4002BD_5v215與門7408N116與門74LS08N617與非門74LS00N19參考資料[1]電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，彭介華主編，北京：高等教育出版社，1997[2]實驗電子技術(shù)，李振聲主編，北京：國防工業(yè)出版社，2001[3]電子電路實驗及應(yīng)用課題設(shè)計，盧結(jié)成、高世忻等編，合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002[4]《中國集成電路大全》編寫委員會編寫，北京：國防工業(yè)出版社，1985[5]電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，梁宗善編，武漢：華中理工大學(xué)出版社，1995[6]國防科技大學(xué)高吉祥主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計》第二版[7]清華大學(xué)童詩白、華成英主編《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第三版[8]清華大學(xué)梁恩主、梁恩維編《Protel99SE電路設(shè)計與仿真應(yīng)用》[9]西安電子科技大學(xué)曾興文主編《高頻電子線路》基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進(jìn)電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應(yīng)用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡(luò)水表的設(shè)計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設(shè)計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制的電磁振動式播種控制系統(tǒng)的設(shè)計基于單片機技術(shù)的WDR-01型聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)測試儀