交通灯实习报告电子课程设计报告（论文）

河南科技学院机电学院电子课程设计报告（论文）题目交通灯控制器设计专业班级电气工程及其自动化姓名时间2014060920140620指导教师张伟邵锋完成日期2014年06月19日交通灯控制器设计任务书1设计目的与要求设计一个交通灯控制器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，在双干线的路口上，交通信号灯的变化按照下面假定进行计时（1）放行线，绿灯亮放行25秒，黄灯亮警告5秒，然后红灯亮禁止。（2）禁止线，红灯亮禁止30秒，然后绿灯亮放行。使两条路线交替的成为放行线和禁止线，便可实现交通控制。（3）特殊情况下能实现手动操作。2设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出。3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录1引言12设计目的和思路13设计过程131方案论证132电路设计2321秒脉冲发生器2322定时器3323控制器4324译码电路6325显示部分7326手控74系统调试与结果75主要元件86结论87总结与体会88参考文献99附录1091总原理图1092PCB图10交通灯控制电路摘要交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、定时器、控制器、译码显示电路组成。秒脉冲发生器由NE555产生脉冲，定时器由74LS160实现，控制器由74LS153和74LS74组成，译码电路采用74LS47和七段数码管来显示。控制器通过ST信号对定时器进行控制，从而显示红黄绿灯的转换。关键字交通灯控制器秒脉冲发生器定时器译码器1引言随着社会经济的发展，交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。交通控制系统是用于交通流量数据监测，交通灯是重要的工具之一。2设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。（6）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。设计思路（1）设计秒脉冲发生器（2）设计交通灯定时电路（3）设计交通灯控制电路（4）设计交通灯译码电路（5）设计交通灯显示时间电路3设计过程31方案论证用数电电子技术来实现交通灯控制，交通灯控制系统的原理框图如图11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11系统的原理框图（1）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25秒时，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5秒时，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，乙车道绿灯亮。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25秒时，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，乙车道上未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5秒时，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。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，并作如下表12规定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，乙车道通行S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行表1232单元电路的设计321秒脉冲发生器秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R148K、R248K,C10NF，电阻电容值决定了脉冲宽度。即TR12R2CLN2，当T1S，即可凑出R1、R2、C其中C001UF是为了保持输出的波形的稳定。如图13所示，秒脉冲信号发生器控制器定时器译码器灯显示器R148K、C10NF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。R48K156UL0GND图13322定时器定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模25的定时信号TY和模30的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160功能表如表14所示表14表中RD是低电平有效的同步清零输入端，LD是低电平有效才同步并行置数控制端，EP、ET是计图13交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q3是数据输出端。设计如图15P014256TCE7LK9MRUSGNDVA8_Y乙图15其工作原理为由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。如图所示输入端3456分别接地。U1的7和10由U2的11、14经过与门相与后相连。即只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时才能触发U1中的14产生脉冲。当74LS04的ST信号分别送给U1和U2的LOAD。160就开始从零开始计数323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。列出控制器的状态转换表，如表16所示。选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1N1Q0N100状态时，如果TL0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1N1Q0N101状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项“X“表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。表16控制器状态转换表根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是将Q1N1、Q0N1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中“1“用原变量表示，“0“用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。74LS153的功能表如下表17控制器原理图如图18所示。图中R、C构成上电复位电路。由两个双多路转换器74LS153和两个D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换，其原理为CLK分别送给U9A和U10B的3和11的清零端。将TY接入U15的13；将TL接入U16的3，将TL非接入U15的10和U16的6、10、13，控制黄灯5秒。B、A是图中的S2、S1，U15中的S2、S1接U9A的5，控制绿灯25一循环，U16中的S2、S1接U10B的9，控制红灯30一循环，如下图所示74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。I012EZ7SULKQ_VT乙YGN图18324译码电路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6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表19所示。表中A、B代表甲、乙车道表19由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLK脉冲，一部分送给了定时器的74LS160芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片。在脉冲ST同时加到定时器74LS160芯片的情况下，通过芯片74LS10将会输出TY；74LS00输出TL、74LS04输出TL非。将定时器输出的TY、TL、TL非分别作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平。控制器中的信号在送给由芯片74LS08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如下123UA4LS0856B9CD乙ERGNQ图110325显示部分显示部分由74LS47和共阳极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图111ABFCGDEABCDEFGOTPS1M726L3I/R4509UNV图111326手控在555定时器输出端接一个开关。4系统调试与结果（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的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到25和30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30秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到25时，甲道的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从25增至30秒又到0后时甲车道的黄灯转换为红灯；乙车道的红灯转换为绿灯。如此循环下去。5主要元件集成电路NE551片74LS1602片74LS082片74LS042片74LS1532片74LS742片74LS472片74LS101片74LS002片电阻200欧姆个48K欧姆2个电容001UF2片其他发光二极管6个共阳级数码管2个6、结论1能实现的功能交通灯的状态转换和计时时间的显示，基本能实现甲、乙道路直行灯的显示功能。2不足之处交通灯中没有右转灯，用的芯片太多。7、总结与体会本电路通过应用数字电路对交通灯的控制电路的设计,提出使交通灯的控制电路用数字信号自动控制十字路口的东西南北方向两组红、绿、黄车辆行驶和人行道交通信号灯以及LED显示记时的状态转换的新方法，指挥各种车辆和行