数电课程设计交通灯信号.docx

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数电课程设计交通灯信号

*大学能源与动力工程学院

本科生课程设计

题目：

交通灯信号控制器

课程：

数字电子技术基础

专业：

电气工程及其自动化

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

2010-6-20

总目录

第一部分：

任务书

第二部分：

课程设计报告

第三部分：

设计图纸

第一部分

任

务

书

一、课程设计的目的

本课程是在学完《数字电子技术基础》、《数字电子技术实验》之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：

1.使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；

2.使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；

3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

二、课程设计的要求

1.设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；

2.必须独立完成设计课题；

3.合理选用元器件；

4.按时完成设计任务并提交设计报告。

三、课程设计进度安排

1、方案设计；（半天）

根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。

2、电路设计：

（一天）

根据方案设计框图，并画出详细的逻辑图

3、装配图设计：

（半天）

根据给定的元器件，结合逻辑图，设计出电路制作的具体装配图（即绘出组件数量，管脚号以及器件布置的实际位置）。

同时配以必要的文字说明。

4、电路制作：

（两天）

对选定的设计，按装配图进行装配，调试实验。

5、总结鉴定：

（一天）

考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。

四、设计题目及内容

交通信号灯控制器

（1）、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。

（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。

黄灯是间歇闪耀。

设计计时显示电路（减“1”计数）。

（3）、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。

五、设计要求

1、用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；

2、在实验箱上安装、调试出所设计的电路。

3、部分课题要求用可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）设计实现；

4、在EDA编程实验系统上完成硬件系统的功能仿真。

5、写出设计、调试、总结报告。

六、器件与器材

1.集成电路：

74LS74、74LS164、74LS168、74LS248、BS207、CD4060

2.门电路74LS11、74LS08、74LS32、74LS04

3.显示：

LC5011-11，发光二极管（三色）

4.电阻10k石英晶体（32768HZ）

5.双掷开关

6.工具（镊子、剪刀、万用表、……）

七、使用仪器设备

1、稳压电源（±5V，±15V）；

2、实验电路箱；

3、GW48EDA编程系统等。

八、参考文献

1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；

2、有关“电子技术课程设计指导书”；

3、“集成电路特性应用手册”；

4、EDA技术使用教程

5、其他。

九、设计总结报告主要内容

1、任务及要求；

2、方案特点；

3、各组成部分及工作原理（应结合框图写）；

4、单元电路设计与调试；

5、总逻辑图；6、总装配图；7、实验仿真结果；

8、实验结果分析（画出必要的波形，进行测量精度和误差分析）；

9、调试中出现问题的解决；

10、改进意见及收获体会等。

第二部分

课

程

设

计

报

告

1设计任务及要求…………….………………………………………….….….（8）

2系统总体设计方案………………………………………….…………….（9）

2.1总体设计方案

2.2方案特点

3控制电路设计…………………………………………...…………………（14）

3.1控制电路工作原理

3.2参数计算

3.3器件选型

4振荡电路设计…………………………………………...…………………（15）

4.1振荡电路工作原理

4.2参数计算

4.3器件选型

5计数电路设计…………………………………………...…………………（16）

5.1计数电路工作原理

5.2参数计算

5.3器件选型

6译码显示电路设计……………………………………...…………………（17）

6.1译码显示电路工作原理

6.2参数计算

6.3器件选型

7系统总体电路设计……………………………………...…………………（18）

7.1系统总体电路

7.2电路说明

8改进意见及收获体会…………………………………...…………………（19）

109器件明细清单…………………………………………...…………………（19）

参考文献……………………………………….……………………………….（19）

1设计任务及要求

交通信号灯控制器

设计要求

（1）.满足如图（a）顺序工作流程.

南北方向绿灯亮、东西方向红灯亮占5t

南北方向黄灯亮、东西方向红灯亮占1t

南北方向红灯亮、东西方向绿灯亮占5t

南北方向红灯亮、东西方向黄灯亮占1t

图（a）

图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为ＮＳＲ、ＮＳＹ、ＮＳＧ东西方向的红、黄、绿灯分别为ＥＷＲ、ＥＷＹ、ＥＷＧ．它们的工作方式,有些必须是并行的,即南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮;南北方向黄灯亮东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。

（2）。

应满足两个方向的工作时序：

即东西方向亮红灯的时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯的时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。

时序工作流程图如图（b）所示

图（b）中，假设每个单位时间是4秒，则南北、东西方向绿，黄，红灯亮时间分别为20秒，4秒，24秒，一次循环为48秒。

其中红灯亮的时间是绿灯，黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀的。

（3）。

十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观的把握时间。

具体为：

当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为‘0’，十字路口红，绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。

如：

当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向的数字显示为24，并使数显计数器开始减‘1’计数，当减到绿灯灭而黄灯闪耀时，数显的应值应为4，当减到‘0’时，此时黄灯灭，南北方向的红灯亮；同时使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为24。

（4）。

可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。

2系统总体设计方案

2.1总体设计方案

伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断的增加,交通的问题日益突出，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了,所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。

以下就是运用数字电子设计出的交通灯：

其中红灯亮,表示该条

路禁止通行;黄灯亮表示停车;绿灯亮表示允许通行.

交通灯控制器的系统框图如下:

2.2方案特点

它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。

秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

图中：

TL:

表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。

定时时间到，TL=1，否则，TL=0。

TY：

表示黄灯亮的时间间隔为5秒。

定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST：

表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。

由它控制定时器开始下个工作状态的定时。

（1）如图1所示，甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。

表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。

绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。

（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。

表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。

黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。

表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。

（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。

表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。

黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第

（1）种工作状态。

交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。

设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。

为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

表1控制器工作状态及功能表

控制状态

信号灯状态

车道运行状态

S0（00）

甲绿

乙红甲车道通行，乙车道禁止通行

S1（01）

甲黄

乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行

S3（11）

甲红、乙绿

甲车道禁止通行，甲车道通行

S2（10）

甲红、乙黄

甲车道禁止通行，甲车道缓行

AG=1

甲车道绿灯亮

BG=1

乙车道绿灯亮

AY=1

甲车道黄灯亮

BY=1

乙车道黄灯亮

AR=1

甲车道红灯亮

BY=1

乙车道红灯亮

一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置——交通灯.它可以显示车辆通行和等待的时间,以便车辆更有秩序的通过.一个交通灯应包含以下几个基本的部分:

1.秒脉冲和分频器

因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮的比例为5:

6,所以,只要用4秒为单位时间,则计数器每四秒输出一个脉冲.这一电路的实现就要用到秒脉冲和分频器.

2.控制器

这是交通灯的核心部件.由波形图图（b）可知、计数器每次工作循环为12所以可以选用12进制计数器.此设计选用中规模74LS164八位移位寄存器组成的扭环形12进制计数器.其状态表如图（c）所示

控制器波形图（b）

计数器输出

南北方向

东西方向

NSG

NSY

NSR

EWG

EWY

EWR

图（c）

根据状态表我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式:

东西方向:

绿:

EWG=Q4*Q5;

黄:

EWY=Q4*Q5;

红:

EWR=Q5;

南北方向:

绿

NSG=Q4*Q5;

黄

NSY=Q5*Q4;

红:

NSR=Q5;

3.显示部分

显示控制部分,实际是一个时控电路.当红灯亮时,使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制）,每来一个秒脉冲,使计数器减1,直到计数器为”0”而停止.译码显示用74LS248BCD码七段译码器,显示器用LC5011—11共阴极LED显示器,计数器采用可预置加、减法计数器74LS168.

4.手动/自动控制,夜间控制部分

此部分用选择开关进行.置开关在手动位置,输入单次脉冲,可使交通灯处在某一位置上,开关在自动位置时,则交通信号灯安自动循环工作方式运行.夜间时,将夜间开关接通,黄灯亮.

3控制电路设计

3.1控制电路工作原理

（内容：

画出控制电路的单元电路图，说明该电路的工作原理。

）

它是由74LS164组成扭环行计数器,然后经译码后,输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号.其中黄灯要满足闪耀,并在夜间时,黄灯闪亮,但绿、红灯灭.电路控制图如下:

4振荡电路设计

4.1振荡电路工作原理

单次手动及脉冲电路

单次手动脉冲（如下图）是由两个与非门组成的RS触发器产生的,当安下K1时,有一个脉冲输出使74LS164移位计数,实现手动控制.K2在自动位置时,由秒脉冲电路分频后（4分频）输入给74LS164,这样,74LS164为每4秒向前移一位（计数1次）,秒脉冲电路用555电路来实现,如下所示:

单次手动脉冲

振荡器是产生时间标准’秒’信号的电路,在精度要求不高的情况下,在本系统中振荡电路选用555定时器构成的多谐振荡器产生（如下图）。

555电路产生的秒信号与4分频电路。

多谐振荡器的振荡频率可以用下面的式子推出f0=1/T≈1/0.69（R1+2R2）C如果选用R1=R2=10КΩ,C选47μf（如图所示）.则可以调节出频率为1的时钟信号.然后再通过分频器4分频.就得到要求的时钟脉冲。

5计数电路设计

5.1计数电路工作原理

当南北方向绿灯亮,而东西方向红灯亮时,使南北方向的74LS168依减计数工作,从24开始往下减,当减到’0’时,南北方向绿灯灭,红灯亮,而东西方向红灯灭,绿灯亮.由于东西方向红灯灭信号（EWR＝0）,使与门关断，减法计数器工作结束而南北方向红灯亮，使另一方向――东西方向减法计数器开始工作。

电路图如下

6译码显示电路设计

6.1译码显示电路工作原理

（内容：

画出译码显示电路的单元电路图，说明该电路的工作原理。

）

电路图如下

7系统总体电路设计

7.1系统总体电路

7.2电路说明

它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。

8改进意见及收获体会

经过两周的努力，我终于完成了电子课程设计——交通灯控制电路系统。

通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。

我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。

经过这次课程设计，我学到很多东西。

社会的不断发展电子产品实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。

在这次课程设计中，我学会了Protel的使用和操作,学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。

9器件明细清单

元件名

型号

数量

集成电路

74LS74

2个

74LS00

2个

74LS164

1个

74LS08

4个

74LS04

1个

74LS48

4个

74LS11

2个

电阻

10kΩ

3个

发光二极管

红色

3个

黄色

2个

绿色

2个

导线

——

若干

开关

——

三个

参考文献

[1]阎石主编．数字电子技术基础（第五版）．北京：

高教出版社，2000

[2]童诗白华成英主编．模拟电子技术基础（第四版）．北京：

高教出版社，2000

[3]谢云易波主编．现代电子技术实践课程指导．机械工业出版社

[4]毕满清主编．电子技术试验与课程设计．机械工业出版社

第三部分

设

计

图

纸

图纸目录

序号

图纸名称

图幅

图纸编号

备注

系统总体方框图

电01

系统总电路图

电02

系统总接线图

电03

电01

电2

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