智能交通信号灯控制器设计报告.docx
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智能交通信号灯控制器设计报告
电子技术课程设计说明书
题目：
智能交通信号灯控制器设计（A）
学生姓名：
刘涛
学号：
201006050219
院（系）：
电气与信息工程学院
专业：
电子科学与技术
指导教师：
戴庆瑜
2012年12月24
目录
1选题背景2
1．1指导思想2
1．2方案论证2
1．3基本设计任务2
1．4发挥设计任务2
1．5电路特点3
2电路设计3
2.1总体方框图3
2.2工作原理3
3各主要电路及部件工作原理3
3.1555单稳态触发电路4
3.2CD4511简要说明5
3.374LS160/74LS16简要说明………………………………………………………………………………7
3.474LS04、74LS08、74LS20、74LS32简要说明……………………………………………………8
4原理总图10
5元器件清单10
6调试过程及测试数据（或者仿真结果）11
6.1通电前检查11
6.2通电检查11
6.2.1按钮开关的检查11
6.2.274LS161清零模块的调试11
6.2.3555脉冲电路的调试11
6.2.4发光二极管的调试11
6.2.574LS04、74LS08、74LS20、74LS32的调试11
6.2.6按钮开关的检查11
6.3结果分析12
7小结12
8设计体会及今后的改进意见12
8.1体会12
8.2本方案特点及存在的问题13
8.3改进意见13
参考文献13
正文
1选题背景
1．1指导思想
通过555单稳态触发器输入脉冲信号，采用十进制74LS160计数器计数，以74LS161控制其亮灯状态，与、非门结合清零实现红黄绿灯三种不同周期的循环计数。
1．2方案论证
方案一：
用两片160并行连接计数，161控制计数器的清零。
各种门电路控制主支干道灯的转换。
特点：
实际操作性强，电路简而易懂。
方案二：
用单片机技术来实现交通灯控制
用单片机技术来实现交通灯控制是最容易实现的，而且该电路可靠性也很高，但是这是要求设计者要有单片机变成的基础上才能完成设计。
而这次设计主要是数字电路设计，因此第二种方案最切合设计要求，故选择方案二
1．3基本设计任务
设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。
红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。
具体要求如下：
（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。
（2）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。
可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。
（3）主支干道交替允许通行。
主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。
（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。
（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。
1．4发挥设计任务
（１）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。
可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。
（２）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。
1．5电路特点
本次设计的电路主要有以下特点：
1、思路简单，所用门电路少，充分将数电知识与设计相结合。
2、可控制性强，由于采用161控制周期，比采用门电路的控制方法更科学，焊接时很容易一部分一部分测试，容易检查错误，而且方便修改周期或者增减周期。
3、对于发挥部分控制性强，可以轻松做到控制主干道常亮。
2电路设计
2.1总体方框图
图2-1总体方框图
2.2工作原理
本次设计的交通灯需要有三种时间周期，分别是45秒、25秒、5秒，利用两片74LS160串联成100进制的计数电路，用一片74LS161的QA,QB两个输出端的00,01,10,11四个输出状态配合部分门电路控制160的清零端，以此实现三种周期控制，同步161的脉冲输入端同160清零端，在清零的同时改变161的输出，进入下一个计数周期
3各主要电路及部件工作原理
3.1555单稳态触发电路
555定时器个引线端的用途如下：
1．1端为接地线；
2．2端为低电平触发端，也称为触发输入端。
当2端的输入高电压高于VCC/3时，C2输出为1；当输入电压低于VCC/3时，C2的输出为0，使基本触发器置1；
3．3端U0为输出端；
4．4端是复位端，当
=0时，基本触发器直接置0，使Q=0，
=1；
5．3端UDD为电压控制端，如果CO端另加控制电压，则可以改变C1，C2的参考电压。
工作中不使用CO端时，一般都通过一个0.01uF的电容接地，以防旁路干扰；
6．6端TH为高电平触发端，当输入电压低于2VCC/3时，C1的输出为1；当输入电压高于2VCC/3时，C1的输出为0，使基本触发器置0，即Q0=0，
=1，这时定时器输出U0=0；
7．7端D为放电端。
当基本触发器的
=1时，放电晶体管T导通，外接电容元件通过T放电；
8．8端VCC为电源端，可在4.3-1.6V范围内使用，若为CMOS电路，则VCC=3-18V。
表7-1555定时器功能表，它全面表示了555的基本功能。
55定时器功能表
图3-1NE555单稳态触发
输出信号的时间参数为：
T=Tw1+Tw2=（R1+R2）C*Ln2+R2C*Ln2
振荡频率f=1/T
占空比Q=Tw1/（Tw1*Tw2）=（R1+R2/R1+2*R2）
本次设计采用一秒脉冲.故R1=72K,R2=36K,C1=10uF,C2=104.周期T=1s
3.2CD4511简要说明
图
3-2-1CD4511各引脚
CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
图3-2-2CD4511功能图
其功能介绍如下：
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
3.374LS160/74LS161简要说明
图2-374LS160/161引脚图
74LS160功能简介：
当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
主控制电路主要是控制两干道的红、黄、绿灯的亮与灭，才能形成四种状态。
即：
令灯亮为“1”，灯灭为“0”，真值表如下表（三）所示：
控制器状态
B干道
A干道
Q2Q1
R灯Y灯G灯
r灯y灯g灯
00
001
100
01
010
100
10
100
010
11
100
001
表（三）
由上可以得出各个灯的逻辑表达式
R=
=Q2
Y=
G=
r=
+
y=
g=
3.374LS04、74LS08、74LS20、74LS32简要说明
74LS04，六反相器，管脚图如附图：
74LS08双输入四与门，管脚图与真值表：
74LS020四输入两与门，管脚图
74LS32双输入四或门，管脚图如附图：
4原理总图
图2-2智能交通灯工作原理图
5元器件清单
表格5-1
器件名称
型号
数量（个）
器件名称
型号
数量（个）
数码管
DCD_HEX_DIG_GREE
2
驱动器
CD4511
2
计数器
74LS160
2
计数器
74LS161
1
脉冲发生器
555脉冲触发
1
非门
74LS04
1
两脚与门
74LS108
2
四角与门
74LS20
2
或门
74LS32
1
电阻
330
20
电阻
72K
1
电阻
36
1
电容
10Uf
1
电容
104
1
发光二极管
红
2
发光二极管
绿
2
发光二极管
黄
2
6调试过程及测试数据（或者仿真结果）
为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。
6.1通电前检查
电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。
6.2通电检查
6.2.1按钮开关的检查
首先将脉冲和160计数与显示模块断开，给电路两端接5伏直流电压，并接1秒脉冲。
理论上显示器显示正确循环时间。
6.2.161清零模块的调试
将161模块与160之间的电路连接起来，并给电路两端接5伏直流电压，接1秒脉冲。
理论上系统在显示45s、25s、5s后会自动清零，重新显示。
6.2.3555脉冲电路的调试
断开其他单元，将R1，R2，C按照多谢振荡器接法与555连接，利用示波器观察电路输出波形
6.2.4发光二极管的调试
未接电源时，万用表打到电阻档上，分别以正反方向测试二极管两端电阻，观察万用表显示电阻，一个方向电阻为0，另一个电阻很大，则二极管完好，并将二极管正确接入电路。
6.2.574LS04、74LS08、74LS20、74LS32的调试
利用TTL特性，悬空输入为1，断开电路其他部分，只提供工作电压，用万用表测量与门输入端，再将其中任意一个输入接地，再次测量，输入为0。
6.2.6按钮开关的检查
首先将按钮开关和其他电路模块断开，只留按钮开关部分。
其次，给电路两端接5伏直流电压。
理论上对于单刀双掷按钮开关断开状态只有两个引脚会导通，当按下开关，公共端会和另外一个引脚导通，用数字万用表测量电压判断公共端。
6.3结果分析
当按钮开关A、B都断开表示支干道两个方向都没有车辆的时候，电路进入主干道常亮阶段，当A、B中有任意一个闭合，电路进入主、支干道循环工作状态，实现了基本任务要求和发挥任务要求。
7小结
本次课程设计多用数字电子技术知识，在将理论设计实现的过程中考虑了很多其他的因素，比如集成电路响应速度，时差，以及驱动电压等。
在设计电路是遇到很多困难，很多是由于数电知识储备不足，后
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