交通信号灯B课程设计说明书.docx
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交通信号灯B课程设计说明书
课程设计说明书
题目：
交通信号灯控制器（B）
学生姓名：
解旭东
学号：
200806040111
院（系）：
电气学院
专业：
测控技术与仪器081
指导教师：
张俊涛
2010年11月30日
目录
1选题背景1
1．1指导思想1
1．2基本设计内容及要求1
1．3电路特点1
2电路设计1
2．1总体设计思想1
2．2单元电路设计思想1
2．2．1定时器1
2．2．2控制器1
2．2．3译码器2
3各主要电路及部件工作原理2
3.1脉冲发生器的设计2
3.2计数电路设计3
3.3控制电路设计3
3.4显示电路设计3
4原理总图4
5元器件清单4
6使用主要仪器4
7仿真结果4
7.1通电前检查4
7.2通电检查4
7.2.1脉冲发生器的调试5
7.2.274LS04非门的调试5
7.2.374LS00与非门的调试5
7.2.4发光二极管的调试5
7.3结果分析5
8小结5
9设计体会及今后的改进意见5
9.1体会5
9.2存在的问题及改进意见5
参考文献6
一．选题背景：
在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，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。
1．指导思想
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，555定时器输出脉冲信号，译码器输出两组信号灯的控制信号，控制电路控制定时器和译码器的工作，驱动电路驱动六只三色LED工作。
2．基本设计内容及要求：
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：
（1）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。
（2）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。
（3）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。
3．电路特点
定时器设置时，基于555脉冲发生器可以发出秒脉冲，可以改换思维，使其发出5秒脉冲，作为单位脉冲信号，再由计数器增至25秒和45秒输出。
二．电路设计：
1．总体设计思想
（1）分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。
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45秒或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一个工作状态的定时。
定时器
甲车道信号灯
秒脉冲
发生器
TLTYST
译码器
控制器
乙车道信号灯
图1交通灯控制系统原理框图
（2）单元电路设计思想
①定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态转换信号ST作用下，先清零，然后在时钟上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5秒的定时信号TY和25秒或45秒的定时信号TL。
②控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
可以列出控制器的状态转换表，如表2所示：
表2
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
TLTY
ST
00
0X
00
0
00
1X
01
1
01
X0
01
0
01
X1
11
1
11
0X
11
0
11
1X
10
1
10
X0
10
0
10
X1
00
1
根据转换表可得：
Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty’
Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl’
ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty
③译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3
Q1Q0
绿1黄1红1
绿2黄2红2
00
01
11
10
100
010
001
001
001
001
100
010
根据表格可得：
AG=Q1’Q0’AY=Q1’Q0AR=Q1
BG=Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’
三．各主要电路及部件工作原理：
1、脉冲发生器的设计
以555定时器接外接电路形成多谐振荡器，发出频率为0.2Hz的5秒脉冲信号，用作计数器及D触发器的clk信号。
555定时器引脚图如图1所示，由脉冲频率公式：
f=1／（R1+2R2）C㏑2
要使f=0.2Hz，可选择R1=36K
，R2=18K
，C=100μF，形成电路图如图2所示。
图2图3
2、计数电路的设计
用74ls161为计数器，74ls161为四位的二进制加法计数器。
要产生45秒、25秒的信号TL及5秒的清零信号TY，由控制电路产生并选择清零信号。
74ls161引脚图如图3所示，计数电路如图4所示。
图4图5
3、控制电路的设计
用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。
74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示，控制电路如图7所示。
图6图7
4、显示电路的设计
利用表3数据，可得
绿1=Q1’Q0’黄1=Q1’Q0红1=Q1
绿2=Q1Q0黄2=Q1Q0’红2=Q1’
则可得显示电路为下图7：
图8
四．原理总图
见设计说明书附页，Mutlsim软件截图打印件。
五．元器件清单
元器件名称
数量
参数
555_VIRTUALTime
1片
74HC161
2片
74HC153
1片
74HC138
1片
74HC04
1片
74HC00
2片
发光LED
2个
红
发光LED
2个
黄
发光LED
2个
绿
电阻
6个
470
电阻
1个
33
电阻
1个
16.5
电容
1个
100uF
电容
1个
10nF
导线
若干
表4
六．使用主要仪器
主要仪器有：
稳压电源，示波器，剥线钳，尖嘴钳，数字万用表，电烙铁，镊子。
其中稳压电源由实验室仪器供给，使用的电烙铁和数字万用表等有宿舍自行购买。
七．仿真结果
（1）通电前检查
用数字万用表依次检查电路检查是否出现断点，有无虚焊现象。
再用数字万用表二极管档位检测发光LED是否正常发亮。
（2）通电检查
a．脉冲发生器的调试
通电后将示波器接在555定时器的输出端，观察脉冲波形是否为0.2HZ。
b．74HC04非门的调试
c．74HC00与非门的调试
d．发光二极管的调试
（3）结果分析
接入稳压电源后，电路工作使得发光LED开始发亮。
主干道绿色LED发光45秒同时支干道红色LED发光45秒后黄色LED发光5秒，主干道红色LED发光25秒，同时支干道绿色LED发光25秒，总电路正常工作。
八．小结
（1）焊接的过程一定要小心，一不小心就会造成短路。
每片元件焊好后要用万用表检查看是否短路，否则有可能烧坏芯片。
（2）事先要把电路图整理清楚，mutlsim仿真图和焊板的整体构局有很大的区别，特别是几片元件的引脚排列要清楚后再进行焊接，才会脉络清晰，检查错误也比较方便，外观也比较美观。
（3）在检查电路过程中，万用表是一个不可或缺的工具。
利用万用表，可以检查短路，检查是否通电，检查555脉冲是否正常，检查计数器计数是否正常，检查发光二极管是否烧坏。
九．设计体会及今后的改进意见
（1）体会
虽然在大二时就有和同学一起参加大学生课外科技活动制作焊接电子作品的经历，但当时毕竟只是新手的尝试，而这次是我第一次自主设计电路，配合焊接电路板，做好一个电路系统，将理论化为实用。
这一次的课程设计让我学到了很多东西。
首先对于数字电路的知识有了更深的掌握，包括各芯片的引脚及功能。
其次对Multisim软件更加熟悉，掌握了芯片的搜索、线路的连接、仿真图的绘制和检查等。
最后自己的动手能力有了很大的提高，我们测控专业是应用性的专业，我们以后出去也主要做一些应用的工作，只有理论没有动手能力那只是一纸空谈。
通过这次课程设计，我得到的不仅是知识能力或成就感，还有对明天的信心。
（2）存在的问题及改进意见
555定时器形成的多谐振荡器发出的0.2HZ脉冲信号，由于元件制作误差及环境干扰，仿真与实际示波器测出的脉冲信号有误差。
可以使用晶振形成0.2HZ的脉冲信号，LED发光时间应该能够更加准确。
参考文献
【1】阎石.数学电子技术基础，清华大学。
高等教育出版社。
2006
【2】党宏社，电路、电子技术实验与电子实训。
电子工业出版社。
2008
陕西科技大学
电子技术课程设计任务书
电信学院测控技术与仪器专业测控081班级学生：
解旭东
题目：
交通信号灯控制器（B）
课程设计从2010年9月1日起到2010年12月31日
1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，要求：
（1）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯；
（2）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；
（3）在每次由绿等亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。
2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
（1）论证硬件设计的总体思路
（2）对系统的每部分应做详细的说明
（3）打印设计原理图做出设计实物
（4）设计总结
（5）提供课程设计实物
3、课程设计工作进度计划：
时间
设计任务及要求
1/9-30/9
总体设计
1/10-10/11
硬件设计、实物焊接
11/11-31/12
编写课程设计报告、答辩并完稿
指导教师：
日期：
陕西科技大学课程设计成绩考核表
课程设计名称：
交通信号灯控制器（B）
专业：
测控技术与仪器班级：
测控081学号：
200806040111姓名：
解旭东
下表由指导教师按实际情况进行填写：
考核内容
所占比例
得分
设计方案
15％
说明书
15％
图纸、程序、计算、作品等的完成质量
30％
创新与发挥情况
10％
答辩（口试）情况
20％
出勤率
10％
指导教师
评语
总评成绩
评定等级
成绩与等级对应表
优
90－100
良
80－89
中等
70－79
及格
60－69
不及格
59分以下
指导教师签字：
教研室主任签字：
200年月日
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