重庆大学电气交通灯控制电路的设计副本.docx
《重庆大学电气交通灯控制电路的设计副本.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重庆大学电气交通灯控制电路的设计副本.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
重庆大学电气交通灯控制电路的设计副本
电子技术基础
课程设计
题目名称：
交通灯控制电路的设计
姓名：
学号：
班级：
201班
小组成员：
学号：
20
指导教师：
完成时间：
201.26
成绩/评语/签名
重庆大学电气工程学院
重庆大学本科学生课程设计任务书
课程设计题目
交通灯控制电路的设计
学院
电气学院
专业
电气工程及自动化
年级
2014
设计一个控制电路，实现如下的交通灯控制
要求：
1，在一个十字路口，主干道通行亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道通行亮绿灯时，主干道亮红灯。
2，主干道和支干道交替通行，主干道通行时间为30S,支干道通行时间为20S，设计30S和20S的计时显示电路。
3，主干道和支干道交替通行，每次有绿灯变成红灯的过程要有5S的亮黄灯过渡过程。
设计5S的计时显示电路。
4用红、绿、黄三色发光二极管做信号灯。
学生应完成的工作：
1、设计电路原理图
2、列出原理图所用的电子元器件清单
2、购买元器件、搭建电路、调试电路、并实现上述功能。
3、完成课程设计报告。
参考资料：
1、唐治德.模拟电子技术（第二版）.北京：
科学出版社，2015
2、唐治德.数字电子技术（第二版）.北京：
科学出版社，2015
3、Protel软件相关资料
4、康华光.模拟电子技术（第五版）.北京：
高等教育出版社，2006
5、华成英，童诗白.模拟电子技术（第四版）.北京：
高等教育出版社，2006
6、康华光.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：
高等教育出版社，2000
7、阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：
高等教育出版社，1998
课程设计的工作计划：
1、布置课程设计任务；消化课程设计内容，查阅并参考相关资料，进行初步设计（2天）；
2、按课程设计的要求进行详细原理设计（3天）；
3、进行实际的电路搭建和调试，并按课程设计的规范要求撰写设计报告（4天）；
4、课程设计答辩，实时控制验证（1天）。
任务下达日期年月日
完成日期年月日
指导教师（签名）
学生（签名）
目录
前言5
1．设计任务与要求5
1.1设计内容5
1.2设计要求6
2．系统概述6
3．单元电路的设计8
3.1秒脉冲发生8
3.2五倒计时减数电路的设计9
3.3二十秒倒计时电路的设计10
3.4三十进制减数电路设计11
3.5状态译码电路的设计12
3.6交通灯状态显示电路的设计13
3.7显示译码电路14
4．总原理图15
4.1最初原理图1115
4.2原理化简图1216
4.3实际焊接图1318
5．实物焊接19
6．调试与检测19
6.1调试方法19
6.2调试步骤19
6.3实物调试20
7．心得体会20
8．参考文献21
附件1：
元件清单22
附件2：
实物照片23
前言
随着生活水平的提高，家庭汽车拥有量越来越多，城市交通堵塞问题越来越严重，解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。
交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，是交通管理部门管理交通的重要工具。
红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。
智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力，减少交通事故；为人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值。
本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。
通过系统设计、Multisim软件仿真、电路安排与调试，在此次设计中学会初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，以及提高实际应用水平。
1．设计任务与要求
1.1设计内容
（1）在一个十字路口，主干道通行亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道通行亮绿灯时，主干道亮红灯。
（2）主干道和支干道交替通行，主干道通行时间为30S,支干道通行时间为20S，设计30S和20S的计时显示电路。
（3）主干道和支干道交替通行，每次有绿灯变成红灯的过程要有5S的亮黄灯过渡过程。
设计5S的计时显示电路。
（4）用红、绿、黄三色发光二极管做信号灯。
1.2设计要求
1.用Multisim仿真软件仿真电路，并进行调试；
2.写出设计的全过程，附上有关电路图和资料，最后有心得体会。
3.附带元器件及参数；
2．系统概述
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。
时间数字显示
脉冲发生器
时序电路
译码电路
支干道
信号灯
主干道
信号灯
减计数器
显示译码电路
图1交通灯控制系统原理框架图
它主要由脉冲发生器、时序电路、译码电路、减计数器和显示译码电路等部分组成。
脉冲发生器是系统中标准时钟信号源，译码电路输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。
减计数器和显示译码电路共同实现数码管的倒计时显示功能，其准确的时间要由译码器输出的四种状态信号控制。
译码电路和显示译码电路是系统的主要部分，由它们控制信号灯和数码管的工作。
两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图2所示：
三十秒未到
五秒未到
二十秒未到
五秒未到
图2交通灯信号流程图
表1电路运行状态表
信号状态
信号灯状态
车辆通行状态
数码管状态
状态1
主：
绿支：
红
主：
通行支：
禁行
30s倒计时
状态2
主：
黄支：
红
主：
缓行支：
禁行
5s倒计时
状态3
主：
红支：
绿
主：
禁行支：
通行
20s倒计时
状态4
主：
红支：
黄
主：
禁行支：
缓行
5s倒计时
3．单元电路的设计
3.1秒脉冲发生
本设计采用555定时器组成秒脉冲信号发生器，产生周期为1s的矩形波。
根据下列公式计算
所以电路中两个电阻的参数为47kΩ，两个电容器的参数为10uf。
图3脉冲信号发生器
3.2五倒计时减数电路的设计
由74LS192N、DCD_HEX、74LS00N、方波发生器等组成。
其中DCD_HEX是十六进制的显示管，74LS00N是或门，74LS192N的功能如下所述。
具体电路见图4。
减数器的实现：
根据74LS192N的特点，脉冲从DOWN端接入。
置入0100后实现减数4=>0功能，当减到数码管显示为零后，下一个状态1001通过与门实现置数端为低电平，将0100置入。
图4五秒倒计时电路图仿真图
74LS192N的引脚图见图5，真值表见图6。
图574LS192N的引脚图
图674LS192N的真值表
功能叙述：
74LS192N管脚图中，QA、QB、QC、QD为计数输出端；DOWN为减脉冲输入端，UP为加脉冲输入端；CLR为清零端，当该管脚为高电平时，输出端清零，为0000；A、B、C、D用于为计数器预置初始计数值；LOAD端为置数端，低电平有效，输出端分别为输入端A、B、C、D的电平。
BO用于输出一个宽度
等于减计数输入的脉冲，用于级联下级减计数，CO用于输出一个宽度等于加计数输入的脉冲，用于级联下级加计数。
3.3二十秒倒计时电路的设计
由74LS192N、DCD_HEX、方波发生器、74LS00N组成。
Multisim仿真电
路图见图7。
实现原理：
由于是两位数，需要两个DCD_HEX来显示倒计时时间，74LS192N也需要两个。
如图所示，低位芯片借位端BO连接高位的减脉冲输入端DOWN，这样可以实现借位。
当高位为0时，低位再次借位是，在那一瞬间高位出现9，而马上由与非门置为1，低位出现9，实现数19=>0的20秒倒计时。
加脉冲端UP端接高电平，清零端CLR接低电平。
图7二十秒倒计时电路仿真图
3.4三十进制减数电路设计
由74LS192N、DCD_HEX、方波发生器、74LS00N组成。
其实现原理同3.2。
它们只不过置数端有所差异。
3.2高位芯片置入0001，而在这高位芯片置入0010，实现29=>0的30秒倒计时。
Multisim仿真电路图见图8。
图8三十秒倒计时电路仿真图
3.5状态译码电路的设计
主、次干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。
真值表如下：
状态控制输出
主干道信号灯
次干道信号灯
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
表2状态译码电路设计原理
由真值表得逻辑表达式如下：
主干道红黄绿灯：
；
；
；
次干道红黄绿灯：
；
；
；
3.6交通灯状态显示电路的设计
主要元件有：
红、黄、绿指示灯、74LS08N、74LS00N、74LS86N、电阻构成。
在设计中，我采用了彩色指示灯（或发光二极管）模拟交通灯，状态译码器电路见下图。
由3.3的信号灯真值表可知，两个D触发器在秒脉冲激励下，产生00，01，10，11，四种状态通过四个与门，分别在四个状态下输出1000,0100,0010,0001四种情况，与红绿灯的四种情况相对应。
状态1状态2状态3状态4这四根线同一时间只有一个高电平，且在四个状态线上依次循环。
具体如表3所示：
表3状态线电平表
四根状态线电平
持续时间
信号灯状态
状态1
1000
30s
主：
绿支：
红
状态2
0100
5s
主：
黄支：
红
状态3
0010
20s
主：
红支：
绿
状态4
0001
5s
主：
红支：
黄
根据信号灯逻辑表达式和上述原理，通过Multisim仿真得电路图9：
图9交通灯状态显示电路仿真图
3.7显示译码电路
显示译码电路采用两片74LS48N芯片，具体接线如图10所示：
个位
十位
图10数码管显示电路
4．总原理图
4.1最初原理图11
图11最初原理图
最初原理图为将各部分电路在电路图中的简单相加，四种状态对应四个倒计时电路，按状态需要使四个倒计时电路分别运行，该电路图能实现要求的计数功能，但电路过于繁琐，且共使用八个数码管，不符合实际使用情况，故需对该电路图进行化简。
4.2原理化简图12
在之前的电路中，6片192分成4组，分别对应4个状态。
在接下来的设计中，我们拟用2片192和与之对应的两个数码管依次显示这四个状态。
在之前的分析中我们知道y1y2y3y4的输出分别代表这四个状态，所以我们发现不仅每次192的输出信号会对四位状态输出进行改变，同样的也可以反过来，通过让状态输出接ABCD来实现用每次状态输出调节下次192运行进制的功能。
需要注意的是，因为每次灯在转换会有一秒间隔，所以数码管上显示的数依次由29/4/19/4减数到0。
Y1Y2Y3Y4与十位个位192所属ABCD对应如下表：
状态输出
十位
个位
Y1
Y2
Y3
Y4
D
C
B
A
D
C
B
A
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
由此可知，十位个位的DCBA接法如下：
十位：
D，C均接地B接Y1A接Y3
个位：
B接地
D=A=Y1+Y3（化为与非形式）
C=Y2+Y4（化为与非形式）
重新连接电路图如下
：
图12状态仿真测试图
化简的重点在将四个倒计时电路合并到一个电路里面，在此处，使用四种状态下，四个与门对应的1000,0100,0010,0001对两片74LS192N的置数端分别进行置数的交替，在一个循环里，十位分别是2,0,1,0即0010,0000,0001,0000的置数，个位分别是9,4,9,4即1001,0100,1001,0100的置数。
4.3实际焊接图13
图13实际焊接图
之前各原理图中有使用元器件内部的各部分和实际不存在的原件，实际连接图则需使用原件整体和实际中必须存在的元器件，且焊接时不能有悬空段，将原理图中各部分整合后电路图如上图。
5．实物焊接
图13为为使焊接方便整理的最为接近实物的原理图，故实物焊接按照图13中各器件管脚进行接线，所发器材电路板中接地与接高电平交错排列，严重影响焊锡连线，故采用引线连接。
用于电路中线路较多，焊接时需极为注意线路的走向，避免焊接错误导致电路无法完成实物。
实物制作过程中恰逢各科考试之间，白天复习，晚上焊接，焊接过程前后耗时5天左右。
6．调试与检测
电子电路设计要考虑很多因素，用Multisim软件模拟出来的只是理想情况，实际电路中会有各种意料之外的情况出现。
加之元器件性能的延时、兼容性和其他性质，以及许多人为因素的影响，一个组装好的电子电路一般都要经过调试才能正常工作。
在调试过程中用的最多的仪器就是万用表。
6.1调试方法
电子电路调试方法有两种：
分块调试和整体调试
（1）分块调试法
分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。
分块调试可以在小范围内发现问题，易于解决。
（2）整体调试
此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。
6.2调试步骤
（1）检查电路，看是否有线路漏接错接。
（2）接通电源观察，看电路是否正常运行。
若有错误就逐步进行调试
（3）看信号灯的闪烁情况及数码管显示情况，根据所出现的异常，先检测与之相关的导线，再检测极易出现问题的相关芯片。
6.3实物调试
初次完成作品时，只有红绿灯能够闪烁，且不符合闪烁要求，对线路检查后发现线路焊接没有错误，后对电路原理图重新检查并查阅相关资料，对原理图中悬空的管脚进行连线后对实物悬空管脚进行焊接，查阅资料显示数码管需进行限流处理，再加上限流电阻后，红绿灯闪烁正常，数码管十位数字显示正常，个位数字不显示，后对器材进行更换，电路显示正常。
7．心得体会
这次课程设计历时一月有余，是一次理论与实践的结合，加强了我实际操作、思考和解决问题的能力，觉得自己从中学到了很多东西。
一直以来，自己都是只重视对理论知识的学习，对于课本上的知识点可以说娴熟于心，但却忽略了自己对知识的实际应用和动手操作能力，刚拿到课题是真的有点不知应该从何下手，后来通过对课本知识的一遍遍复习，和对课外相关资料的查阅，总算找到了解决的方向。
理论设计过程中，开始只是想着使实际的方案能够达到课程设计的要求，而没有注意所设计方案的实际可操作性，于是有了上面使用六个192，六个数码管的情况。
对方案的化简则锻炼了我们从不同的方向思考问题的能力，从一个方向看繁琐复杂，但换个角度问题则变得简单有趣，对四个倒计时电路的化简使得电路整体看起来简练美观，也有利于实际的焊接工作。
课程设计做出实物来也是困难重重，按照仿真电路图连好实物后，最开始并不能出来所要达到的效果，然而实物线路繁杂，对照仿真图检查一遍发现并无错误，便又开始查阅更多与实际电路相关的资料，最后发现电路图中悬空的部分在实际电路中不能悬空，实践与理论很多地方都存在着差别论，自己之前重理论而轻实践的学习方式是需要改进的。
还有就是自己深刻体会到了团队的力量，我们小组两人，开始想着每人想一种，取较好地，但最后电路的很多部分都是两个人思想的结合，闭门造车着实不是个好办法。
课设过程困难重重，但每一个困难都是一份财富，也让我深刻意识到实践的重要性，以后会改变学习方法，理论上学扎实，实践上也不掉队。
8．参考文献
1、唐治德.模拟电子技术（第二版）.北京：
科学出版社，2015
2、唐治德.数字电子技术（第二版）.北京：
科学出版社，2015
3、Protel软件相关资料
4、康华光.模拟电子技术（第五版）.北京：
高等教育出版社，2006
5、华成英，童诗白.模拟电子技术（第四版）.北京：
高等教育出版社，2006
6、康华光.电子技术基础数字部分（第四版）.北京：
高等教育出版社，2000
7、阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：
高等教育出版社，1998
附件1：
元件清单
原件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
555
1
定时器
2
74LS74
1
D触发器
3
74LS00
1
与非门
4
74LS192N
2
10进制计数器
5
74LS08
2
与门
6
74LS48
2
译码器
7
74LS86
1
或非门
8
R
47K
2
电阻
9
R
100
14
电阻
10
R
560
6
电阻
11
8421数码器
4
共阴极数码管
12
C
10nF
2
电容
13
LED-green
2
绿灯
14
LED-red
2
红灯
15
LED-yellow
2
黄灯
升级会员 