交电路设计报告.docx

1、交电路设计报告 电子课程设计报告题目名称：交通灯控制电路的设计姓名：曹沙沙专业：电子信息工程学院班级学号：09040129同组人：王昆指导教师：罗老师南昌航空大学电子信息工程学院 2011年 9月 18日 摘要本文着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统，设计了一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。进行交通灯状态变换的分析和交通灯总体框架的设计。首先在分频电路设计部分，在分频电路部分根据要求交通灯要实现30秒和6秒得循环亮灯，因此在设计时设计了两个计数器，30秒计数器和6秒计数器来满足要求，在控制电路部分用双D触发器74LS74来实现电路的状态控制，根据设计要求该电路共有四个状

2、态，因此根据状态的循环设计双D触发器的接线，在灯显示部分用的是74LS139来实现四选一状态显示功能。脉冲电路部分则用555定时器来实现输出1HZ的脉冲方波。经过multisim仿真该电路基本能实现要求。经过一系列的分析、准备。本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外。本次电路设计完成全部的设计要求。 关键词：交通灯 控制电路 multisim仿真 电路设计 目录前言第一章 设计内容及要求第二章 系统设计方案选择2.1 方案一2.2 方案二2.3 方案三第三章 系统组成及工作原理3.1 系统组成3.2 工作原理第四章 单元电路设计.参数计算.器件选择41 分频电路4.2 控制电路4.3 灯显

3、示电路44 时基电路第五章 实验、调试及测试结果与分析第六章 收获与体会参考文献附录一附录二附录三附录四 前言科学技术是第一生产力。以前的三次工业革命就使我们的社会发生了翻天覆地的变化，使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。电子课设是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论与实践相结合的环节，是真正锻炼学生实践能力的环节。 交通灯在我们日常生活生活中发挥着日益重要的作用，十字路口

4、的交通灯对于车辆行驶和路人行走有着十分重要的作用，因此十字路口的交通灯的设计也显得十分的重要。 我们常见的交通灯能实现红绿红黄间歇亮熄，但此次的课程设计交通灯需要增加手动功能，方便盲人通过，同时也要实现夜间黄灯亮的功能，因此设计较为复杂，也与日常生活的交通灯有着区别。在国内外，交通灯逻辑控制技术已经相当成熟。但是这一点并不能否认我们对其进行电子课设设计。因为其中对逻辑电路进行设计分析的思路仍然值得我们去学习和研究。又因为简单、易做、易设计。对设计材料无特别要求的特点。使得交通灯控制逻辑电路设计这一课题广泛运用于电子课设中。 第一章 设计内容及要求 基本要求用数字电路实现下面功能 南北向绿灯亮

5、，东西向红灯亮30秒 南北向黄灯亮，东西向红灯亮6秒 南北向红灯亮，东西向绿灯亮30 秒 南北向红灯亮，东西向黄灯亮6秒要求：1）增加自动夜间开关功能，黄灯亮（用光敏三极管） 2）增加手动功能，方便盲人通过。提高要求：1） 显示剩余时间2） 增加拐弯时序 第三章 系统设计方案的选择2.1方案一： 根据题目，主支干道红绿灯分时亮可以分成四种状态。若采用两个JK触发器即可满足。考虑到主支干道计数的不同，需要从计数器那里产生一个信号，来使JK触发器改变状态。当然可以通过逻辑推导，然后用各种基本的数字器件，如与非门，来产生一个满足要求的信号。但是用到的器件比较多，而且布线较复杂。所以不采用这个方案。2

6、.2方案二：鉴于方案一，考虑采用中规模集成电路，因此选择使用了数据选择器。将计数器某个计数到的信号，如6s，接到数据选择器的数据输入端，然后将由双D触发器产生的表明四种状态的信号Q2和Q1接到数据选择器的地址代码端。这个方案解决了方案一的问题，所以采用了这种设计方法。2.3方案三：按照JK触发器习惯的接法，由数据输出端来的信号接到J或K，但是若计数器采用置零的方式，信号有效的时间很短，这就要求触发器有较高的扫描频率，但是计数器的频率已经固定是1s，造成同一个频率电路，却需要不同的频率。因此采用直接接进触发器的使能端。至此，确定了最后的方案。第三章 系统的组成及工作原理3.1系统的组成 本系统主

7、要有分频电路，主控电路，灯显示电路及时基电路部分组成，通过定时器输出1HZ的脉冲信号，通过分频电路设计的0秒及36秒计数器输出后，在灯显示不分通过双D触发器来实现四个状态的变换，最后通过数据选择器连接红黄绿六个信号灯来实现。3.2 工作原理1.分频电路分频电路是本课题的核心，主要产生30s、6s两个定时信号，它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯，另一方面控制定时电路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿），正常工作时，只有4种可能，即4种态：1） 主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动30s定时器，状态为00；2） 主

8、黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动6s定时器， 状态为01；3） 主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动30s定时器，状态为11；4） 主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动6s定时器，状态为10。2主控电路 控制电路产生原理简述如下：通过分频电路输出的两个脉冲输入到双D触发器的时钟端，根据四种状态的循环四种状态的循环来确定D触发器的输入。3 灯显示部分 根据真值表就可列出每个灯的逻辑表达式，从而画出电路图，在这里采用1-4译码器74LS139器件。4时基电路本设计的电路由于对时基的准确性要求不是很高，故不采用晶振，采用由555为主要器件的多谐振荡器。电源接通后，VCC通过电阻向电容充电。电容上的电压按

9、指数规律上升，当达到一定电压时，因Vc与阀值输入端TH相连，使比较器1输出翻转，输出电压为0，同时放电管导通放电，达到一定值时，比较器2工作，输出电压变高电平。这样周而复始，形成震荡。多谐振荡器的震荡周期为 T=0.7(R1+2R2)C这里的电容取10u，则电阻RI与R2分别取100k和21k，当然仍然需要接个电位器来替代一般的电阻，这样才能获得较准确的脉冲频率。第四章 单元电路的设计 参数计算及器件选择4.1分频电路分频电路图如下：分频电路部分设计的为30秒和36秒的计数器，初设计时采用的为74LS163的16进制计数器来实现电路，但由于实验室器材有限故采用74LS161来代替，这两个芯片的

10、相同之处是都为16进制计数器且都为同步计数，但161为异步清0，故接线时应注意30秒得计数器选择0-29,36秒计数器选择0-35来接线。 输出的脉冲经过一个或门接到下级电路上，但注意要接清0端。4.2 主控电路 主控电路的电路图为；在设计时用74LS74来实现四种状态的循环改变根据要求，列出真值表如下：输入输出Q2Q1RYGryg00001100010101001110000110100010则根据真值表可得出D触发器的状态表达式为：Q1=Q1异或Q2；Q2=Q2非；4.3 灯显示电路电路图为：在此部分根据设计的电路采用74LS139四选一数据选择器来实现状态改变从而来实现要求。交通灯则用发

11、光二极管替代，采用高亮的，正常工作时的压降大概是2V，电流需保持在3-20mA之间，需加限流电阻，电阻取510欧姆。4.4 时基电路 电路图如下：电源接通后，VCC通过电阻向电容充电。电容上的电压按指数规律上升，当达到一定电压时，因Vc与阀值输入端TH相连，使比较器1输出翻转，输出电压为0，同时放电管导通放电，达到一定值时，比较器2工作，输出电压变高电平。这样周而复始，形成震荡。多谐振荡器的震荡周期为 T=0.7(R1+2R2)C这里的电容取10u，则电阻RI与R2分别取100k和21k，当然仍然需要接个电位器来替代一般的电阻，这样才能获得较准确的脉冲频率。第五章 实验调试及测试结果与分析实验

12、调试：焊接完成以后，就对时基电路进行测量，发出输出的脉冲不符合要求，直接的反映就是计数器几乎在同一时间，计入两个脉冲。从万用表可以看出，脉冲信号在很短的时间内，有两次跳跃，也就是出现了两次上升沿。为此，接入一个缓冲器，即非门，来调整波形，输出就满足要求。 由于焊接时采用的为分块焊接，在调试时将各个模块放在一起发现电路并没有实现功能要求。后分块调试在对时基电路修改后电路仍不能正常工作，最后决定采用分块调试的方法，由于分频电路较为复杂，在调试时用万用表逐个测各个焊点是否有虚焊或者漏焊的情况，在第一次调试时发现各个芯片连接的节点都没有问题，经过再次的检查发现是有块芯片的电源忘记接上故地阿鲁不能正常工

13、作。控制电路焊接比较成功，没有出现焊锡短接的现象，一开始，就能按我原本的设想那样工作。至于显示电路，由于绿灯的要求比较高，而我将它与红灯一样考虑，相对比较暗，但是还是可以接受，所以就没有改动。总结：首先，由于考虑不周全，采用按顺序数上去，不太符合生活习惯。在验收时，老师就指出了我的错误，并给予了建议。虽然该设计能实现我预期的功能，由于上述原因，也就大打折扣。通过这次课程设计，使我对电路设计的流程有比较清晰的了解，也对其中应该注意的问题有所了解，也纠正了我以前的一些错误的看法。比如我以前认为芯片越少，焊接就越容易。其实不然，还要考虑元件相互间的联系程度，由于采用单面板，在线相互交叉，最后只能用跳

14、线，致使板面不美观，同时也降低了抗干扰能力。电路的设计不是一件简单的事情，需要有严格的逻辑过程和计算过程，同时需要考虑的各种要素，都不能想当然的就下结论。同时也了解到认识元件的重要性，了解稳定和成本这两者之间复杂的构成因素和联系。第六章 收获与体会 参考文献附录一 分频电路图附录二 电路总图附录三 元器件清单元件大小个数元件大小个数元件大小个数74LS161374LS139174LS08174LS001电阻510欧10555174LS211发光二极管红绿84电阻47K174LS321光敏二极管黄3电容10微发174LS861插槽1010钠发174LS741导线若干电位器50K174LS041电路板1附录四 焊接实图