十字路口自动红绿灯指挥系统30001.docx

1、十字路口自动红绿灯指挥系统30001信息与电气工程学院课程设计说明书（2013 /2014年第二学期）课程名称： 电子技术课程设计题 目: 十字路口自动红绿灯指挥系统专业班级： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 : 设计周数： 2周设计成绩 ： 2014 年 7 月11 日第一章 设计任务及设计目的 1 第二章系统概述 2 2.1系统概述 2 2.2交通灯逻辑分析 2 2.3总体设计方案 3 第三章 单元电路设计与分析 5 3.1秒脉冲信号发生器的设计 5 3.2定时器的设计 6 3.3控制器的设计 6 3.4 显示电路的设计 7 第四章电路功能测试方案与测试结果 8 第五章 综述及心得体会

2、9 5.1系统综述 9 5.2总结及心得体会 9 附录 9 附录一 实验原理图 9附录三 PCB图 11 附录三 元器件活单 12 附录四焊接电路板 13 13-参考文献第一章 设计任务及设计目的1.1设计任务及要求设计交通信号控制灯要求某方向绿灯点亮 20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间， 另一方向红灯点亮。 如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为 5: 1: 6。从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮； 南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯

3、亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采 用LED红、绿、黄发光二极管模拟。南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不 亮。要求设置手动开关，用手动开关控制白天和夜间工作方式。要现逻辑功能：1、 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间 24s。2、 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮，时间 4s。3、 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 24s。4、 发生紧急情况可以手动控制。1.2设计目的通过本课程设计，使学生加强对电子技术课程容的理解和掌握， 学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法， 进一步提高分析解决实际问题的综合能力。学习了一个学期的数字电子技术 课程，这次的课程设计

4、主要综合了解与运用所学的知识，通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况。 通过制作来了解交通灯控制系统， 了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。 在现代化的大城市中， 十字交叉路口越来越多，在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序， 这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理。本次的设计就是基于此目的进行的。第二章系统概述2.1系统概述：系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时 器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管

5、发光。译码显示器在控制器 的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。2.2交通灯逻辑分析：1、图1表示东西车道和南北车道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿 3个灯组成，绿灯表示允许车辆通行，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线 的车辆禁止通行。图1交通信号灯控制器框图2、交通信号灯顺序工作流程（图 2）图2交通信号灯顺序工作流程2.3总体设计方案:图3系统控制电路参考框图交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，假设分别用S0、S

6、i、S2、S3 表不。S。状态：东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮，此时东西方向车道允许车辆通行，南北方向车道禁止车辆通行。当东西方向车道绿灯亮够规定的 时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。Si状态：东西方向车道黄灯亮，南北方向车道红灯亮，此时东西方向车道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，南北方向车道禁 止车辆通行。当东西方向车道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号， 系统进入下一个状态。S3状态：东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。此时东西方向车道禁止车辆通行，南北方向车道允许车辆通行，当南北方向车道绿灯晃够规定时间后， 控制器发出状态

7、转换信号，系统进入下一个状态。S2状态：东西方向车道红灯亮，南北方向车 道黄灯亮。此时东西方向车道禁止车辆通行，南北方向车道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁 止通行。当南北方向车道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系 统进入下一个状态 S 0状态。S。、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为状态，如表 1所示。表1控制器状态信号灯状态S (00)东西方向绿，南北方向红S1 (01)东西方向黄，南北方向红8 (11)东西方向红，南北方向绿位 (10)东西方向红，南北方向黄00、01、10、11,由此得到控制器的状态转换表车道运行状态东西方向车道通行，南北方向车道禁止通

8、行东西方向车道缓行，南北方向车道禁止通行 东西方向车道禁止通行，南北方向车道通行 东西方向车道禁止通行，南北方向车道缓行第三章单元电路设计与分析3.1秒脉冲信号发生器的设计：本实验采用 555定时器组成秒脉冲信号发生器。 555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通 Vcc通过电阻 R1.R2向电容 C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc ,会使比较器 C1输出翻转，输出电压为零， 同时放电管 T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到 1/3Vcc，比较器 C2工作输出电压变为高电平，C放电终止， Vcc通过R1。R2又开始充电；周而复始，形成振荡。则其振荡周期与充放电时间

9、有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。因 为该电路的输出脉冲的周期 Tq 0.7(R1+2R2)C,若T=1s，令 C2=0.01 pf, R21=10K ?,那么R22=100K?。其它参数为： C1=100uF。如图所示。3.2定时器的设计：用CD4510直接构成减法计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号 St的作用下，计数器以减计数向控制器提供时间信号。 CD4510可以级联，只需要 2片即可向控制器提供信号，倒计数可在数字显示电路中实现。用 CD4510节省材料，节约成本，而且由于经常应用，因而使用起来较方便，具有其独特的优良性。如 图所示。CD4510是同步十进制可逆计

10、数器，用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。CD4510具有复位 CR,置数控制 LD,并行数据 D0D3，加减控制 U/D ,时钟脉冲CP和进位 CI等输入。CR为高电平时， 计数器清零。 当LD为高电平时，D0D3上的数据置入计数器中， CI控制计数器的技术操作， CI=0时，允许计数。此时若U/D为低电平，在 CP脉冲上升沿减 1计数。3.3控制器的设计：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。用四选一数据选择器和 D触发器实现，设 A1A0 = QinQn ,其他变量通过数据入端输入端输入。系统的输出是在 QiQ0驱动下的六个发光二极管，各状态与信号

11、灯的关系由表 2给出，因此，得到二极管信号与控制器状态变量的关系为：东西方向车道： AG= Q i*Qo AY= Q i*Q 0 AR=Q i南北方向车道： BG= Q i*Qo BY= Qi*Qo BR= Q i信号灯与控制器状态编码表QiQo*3AGAYARpBGBYBR00=1000bOb0100Ipii00b10is00Ip0133.4显示电路的设计：采用CD45i0进行减计数，然后将输出通过 CD45ii接到七段显示译码器上。CD4511是用来驱动共阴数码管的。如图所示。第四章电路功能测试方案与测试结果仿真分析：(1)组装调试秒脉冲电路。(2)进行定时电路的组装和调试。当输人 1Hz

12、的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到 5和0时，能输电有效的定时时间到信号。(3)调试交通灯控制器以及显示部分。(4)判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使 其满足设计要求。最终调试如下：接上电源，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为24 秒，东西方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；南北方向车道的红灯亮，车辆禁 止通行。时间显示器从预置的 24秒，以每秒减 1,减到1时，南北方向的黄灯开始闪烁，然后继续减数至 0时东西方向黄灯不再闪烁而绿灯亮，同时东西方向车道由红灯转化为绿灯。然后东西方向车道重复南北方向车道的变化方式。东西南 北车道以此方

13、式循环变换。第五章综述及心得体会5.1系统综述：通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、 定时器、控制器、译码显示器构成。其中，秒脉冲信号发生器由 555定时电路组成；定时器由两片同步十进制减法计数器 CD4510芯片及若干与非门、非门、与门共同组成；控制器由一片数据选择器 CD4001及一片双 D触发器CD4013芯片构成；译码显示器由两片 CD4510、两片译码管驱动芯片 CD4511和两个七段数码管构成。主控制器和定时计数器必须使用同一脉冲信号，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。控制电路是系统的核心部分，由它控制定 时计数电路和译码

14、驱动电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。 5.2总结及心得体会：两周的实习就是将从课本上的知识应用于实践中， 数字电路设计就是很好的实践，实践是检验真理的唯一标准。 在简易交通灯控制系统设计中， 充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度，通过这次实践，巩固了数字逻辑电路的理论知识， 方案总共只用了八个芯片，对163计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等 .使DJ触发器从书本上的理论知识联系到实际，让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原 理，以及一些方法。分析问题然后解决问题的。这其中遇到了很多问题，如：如何设计单脉 冲的产生电路，通过查阅课本及相

15、关资料，选用了 RS触发器。实习中更是将各个芯片的功能状态系统的学习了一遍， 熟练的用它们实现所需的功能。 这次课程设计让我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的， 还要把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计的过程中遇到的问题，可以说是困难重重， 这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题， 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌握得不够牢固。不过在所遇的问题处理过程中有成功也有失败， 但这却实加强了自己的动手能力， 最终我还是体会到了成功的喜悦。附录二PCB图5匚

16、1 I 4 4J口I a附录三元器件清单表4兀器件清单型号中文名称数量74LS74双D触发器1CD4543译码器474LS08与门274LS164移位寄存器174LS04非门1555_VIRTU555定时器1AL TimeCD4510减法计数器4LG5011共阴极数码管4二极管发光二极管7103 pF电容110驴电容10 Q电阻40100K Q电阻110KQ电阻81KQ电阻4附录四焊接电路参考文献1、 电子技术基础实验 高等教育出版社 大钦 罗杰 主编2、 电子技术基础.数字部分（第五版） 康华光 主编3、 王鸿明，段玉生.电工与电子技术.高等教育出版社，2009.124、 阎石主编.数字电子技术基础（第五版） .北京：高等教育出版社， 20095、 吴俊芹.电子技术实训与课程设计 .机械工业出版社，2009.46、 付家才.电子工程实践技术.北京：北京工业出版社， 20037、 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社， 20018、 丁润涛主编.电子工程手册.北京：机械工业出版社， 1995课程设计课程设计成 绩指导教师（签字）年 月 日