交通信号控制灯的设计方案

学号：0120811360118课程设计题目交通信号灯控制器设计学院自动化学院专业自动化专业班级自动化0801班姓名黎德刚指导教师邓坚林伟2010年07月08日Ⅰ课程设计任务书学生姓名：黎德刚专业班级：自动化0801班指导教师：邓坚林伟工作单位：自动化学院题目:交通信号灯控制器设计初始条件：1．运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2．用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。要求完成的主要任务:1．假设一路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯，2．然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。3．过25s转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。4．再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。5．过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。6．最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。7．严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排：第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；第5天提交电路图，经审查后领取元器件；第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。指导教师签名：2010年6月26日系主任（或责任教师）签名：2010年6月26日Ⅱ目录引言...................................................11设计意义及要求......................................21.1设计意义........................................21.2设计要求........................................22方案设计.............................................32.1设计思路........................................32.1.1个人方案(方案一)............................32.1.2个人方案(方案二)............................32.2方案设计........................................32.2.1个人方案(方案一)............................32.2.2小组方案(方案二).............................62.3方案比较........................................83部分电路设计.........................................93.1脉冲源.............................................93.2计数电路..........................................103.3译码电路..........................................113.4逻辑门电路........................................134调试与检测.........................................144.1调试中的故障及解决办法...........................144.2调试与运行结果...................................145仿真操作步骤及使用说明............................15结束语................................................16参考文献..............................................17附录1方案一总电路图.................................18附录2方案二总电路图.................................19附录3元器件清单.....................................20本科生课程设计成绩评定表武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-1-引言课程设计是大学教学的一大创新，也是大学阶段给学生将理论知识应用到实际的一个平台。在巩固和加强理论知识的同时，也起到了锻炼学生动手能力的作用，对于本科教学有重要的意义和作用。这次的课程设计要求我们通过运用已学的数电知识和查阅相关资料，自己设计出一套交通灯控制电路。该电路可以基本实现对十字路口交通情况的控制，并且可以循环工作。此次课程设计形式开放，设计方法和元器件基本无限制，可以让我们充分发挥自己的创造力。此次设计我将用到555定时器构成的秒脉冲发生器，74154，74LS16,以及各种逻辑门电路来实现我的方案。因此需要我能充分运用学过的数电以及模电知识，来解决设计中的问题。整个设计过程，我们小组经历了选题、构思、分析、设计、仿真、调试、撰写报告等过程。每一个过程都离不开小组成员的积极探讨和配合，其间，我们遇到了很多问题，通过团队的力量这些问题得到了很好的解决，这个团队的凝聚力也得到了增强。武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-2-1设计意义及要求1.1设计意义交通灯在大道上随处可见，他们有条不紊的工作，不足为奇，但有没想尝试过自己来设计一套交通灯控制系统呢？这次课程设计就是要我们自己动手来设计交通灯控制系统。通过设计，让我们更好的理解和学习理论知识，学会把理论应用到实际中去；通过查阅资料，更加熟悉各芯片的引脚和功能。通过设计和实物连接，来激发和增强自己的电工电子方面的兴趣。1.2设计要求：假设一路口为东西南北走向。交通灯开始工作后，东西绿灯亮25秒，通车；此时南北保持红灯，不通车。25秒后东西变黄灯，闪烁5秒东西方未过停车线的车禁止通行，过了停车线的继续通行；此时南北保持红灯。5秒过后，东西方变红灯，不通车；南北变绿灯，通车。20秒后再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-3-2方案设计2.1设计思路2.1.1个人方案(方案一)：利用模电数电知识设计一个时序电路，来同时控制交通灯的状态。不同的输入对应不同的输出，即各个交通灯的状态，时序电路不断循环，从而交通灯循环工作。2.1.2小组方案(方案二)：小组方案也是通过时序电路来实现，但是脉冲信号为秒脉冲，先通过时序电路把东西方向的交通灯亮灭问题解决，再通过反馈即其它门电路解决南北方向的。2.2方案设计2.2.1个人方案(方案一)：通过对交通灯状态变化的时间来看，发现东西和南北方向各灯保持的时间都为5的倍数，因此，可以用一个0.2HZ的脉冲做芯片脉冲源。芯片选用74154（4线-16线译码器），每一个输入地址对应一个输出状态即可。各个输出状态对应东西南北各灯的状态，灯亮用“1”表示，灯灭用“0”表示。以下为控制状态转换表.东西方红黄绿分别用RYG表示，南北红黄绿风别用ryg表示.图1交通灯控制总电路框图0.2HZ脉冲发生器计数电路译码电路逻辑门电路东西方红绿灯南北方红绿灯1HZ脉冲发生器武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-4-表1控制状态转换表地址输入输出东西南北每个状态时间ABCDyiRYGrygT(s)0000Y000110050001Y100110050010Y200110050011Y300110050100Y400110050101Y501010050110Y610000150111Y710000151000Y810000151001Y910000151010Y101000105通过该转换表得出下列表达式：678910Ryyyyy5Yy01234Gyyyyy012345ryyyyyy10yy6789gyyyy由此可见共有11个状态，故设计一个11进制的加计数器来控制74154的地址输入数据，加计数器由74ls163制作。脉冲信号由555定时器构成的多谐振荡器来产生。工作原理分析：计时电路脉冲周期为5秒，计数电路为11进制，对应上面的控制状态转换表计数电路的输出即译码器的输入二进制序列为0000~0100，通过逻辑门电路使东西方红黄绿灯的状态为001，南北为100；序列为0101时，东西方为010，南北方为100；序列为0110~1001，东西方为100，南北方为001；序列为1010时，东西方为100，南北方为010；（每转变一武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-5-个二进制序列经历时间为一个周期5秒）当进入无关项1011时让计数器清零，进入下一个循环。当黄灯亮时要求其闪烁，此过程通过将输入黄灯的信号与1HZ的脉冲信号相与后输入到黄灯便可实现。图2方案一总电路图武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-6-2.2.2小组方案(方案二)：图3方案二总电路图武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-7-该方案由脉冲源、计数器、反馈电路、控制门电路、显示器等五大部分组成。总体框图如下：图4方案二总体框图该电路的秒脉冲由555定时器来制作。两个74LS192用来产生0~24和20~24的秒加计数，当一次计数从00到24或20到24时产生一进位信号到第三个74LS192，用来产生地址信号，译码器将地址信号译码转变成输出信号来控制交通灯，由于采用的发光二极管为共阴极接法，后面的非门是用来实现电平的高低转换。黄灯的闪动是通过黄灯的控制信号与秒脉冲控制信号相与非而产生的信号加到黄灯的非门引脚。下面的各种门电路为信号控制信号，可以通过信号反馈来实现计数器的24秒计时，或用来控制南北方向上的灯亮灭。1HZ脉冲源计数器（0~24与20~24）逻辑门控制电路计数器（3进制）显示器反馈清零反馈清零武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-8-2.3方案比较第一种方案和第二种方案都是通过数电知识来实现所要求的功能，第一种方案即个人方案是设计的一个简单的时序电路来实现，每一个时序脉冲为0.2HZ，第二种方案即小组方案也是通过一个时序电路来实现，脉冲为秒脉冲，交通灯的亮灭需要反馈电路来控制。第一种方案原理比较简洁直观，第二种稍微复杂。但两种方案从电路的结构上来看复杂程度接近。武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-9-3部分电路设计3.1脉冲源利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出两种频率（0.2HZ与1HZ）的矩形方波，实现脉冲电路功能。555定时器原理图如图所示，功能表如图所示图5555定时器原理图由555定时器组成的脉冲电路如图：图6脉冲电路图武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-10-1211.43(2)plphfCttRR根据功能表和电路图计算如下：2220.7lnplCCtRR21212()0.7()lnphCCtRRRR取1R＝10K2R＝350K即可实现输出0.2ＨＺ的矩形方波；取1R＝3K2R＝70K即可实现输出1ＨＺ的矩形方波。3.2计数电路计数电路采用７４１６３芯片，其为四位二进制计数器，其为四位二进制加计数器，通过反馈清零法将其改为１１进制加计数器，电路图如下：图7计数器电路图874163管脚图武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-11-表274163功能表CLKCLRLDENPENT功能0同步清零10同步置数1101保持（包括RCO的状态）110保持（RCO=0）1111加计数3.3译码电路图9译码电路武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书-12-1A0VCC162A1YO153A2Y1144A3Y2135E2AY3126E2BY41