1、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器 學(xué)院（部） 汽車學(xué)院 專 業(yè) 汽車運(yùn)用工程 班 級(jí) 220210 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 22021003 6 月 5 日至 6 月 12 日 共 1 周 指導(dǎo)教師（簽字） 一：主要技術(shù)指標(biāo)和要求（1）定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒；（2）每次由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過(guò)渡；（3）分別用紅、黃、綠色發(fā)光二級(jí)管表示信號(hào)燈； （4）設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路。二：摘要在十字路口，交通信號(hào)燈發(fā)揮著重要的作用。本文要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器，實(shí)現(xiàn)主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒，每次由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)，要有五秒黃燈作為過(guò)渡，并設(shè)

2、計(jì)倒計(jì)時(shí)顯示電路。分別用紅黃色發(fā)光二極管表示信號(hào)燈。設(shè)計(jì)方案共分為四大模塊： 1，脈沖信號(hào)發(fā)生模塊.采用555秒脈沖發(fā)生器提供脈沖信號(hào)；2，計(jì)數(shù)器模塊.采用74LS290二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和74LS161型4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；3，組合邏輯電路模塊.利用74LS161的四個(gè)輸出端和門(mén)電路構(gòu)成組合邏輯電路來(lái)輸出相應(yīng)的高電平或低電平；4，負(fù)載；5，顯示電路模塊.利用相應(yīng)的定時(shí)器，譯碼電路，數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)主支干道上的倒計(jì)時(shí)顯示。在此模塊中顯示控制器根據(jù)當(dāng)前信號(hào)燈的狀態(tài)，來(lái)控制定時(shí)器的工作狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)譯碼，數(shù)碼管顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。三：總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇 方案1：首先，利用555定時(shí)器組成的多諧振蕩

3、器產(chǎn)生1秒的脈沖，根據(jù)題目要求，選擇5s作為計(jì)數(shù)器的脈沖，完成一個(gè)循環(huán)共需要80秒，所以選擇16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，我選擇74LS161四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（要達(dá)到這個(gè)目的需要用一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器把多諧振蕩器產(chǎn)生的1秒脈沖轉(zhuǎn)化為5秒脈沖）。利用74LS161四個(gè)輸出端輸出四位二進(jìn)制數(shù)，在相應(yīng)的組合邏輯電路的控制下輸出高電平或低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的亮滅。然后，主支道上各設(shè)計(jì)一個(gè)顯示電路，分別根據(jù)主，支干道上的信號(hào)燈狀態(tài)來(lái)控制定時(shí)器工作狀態(tài)，通過(guò)相應(yīng)的譯碼器和數(shù)碼管來(lái)達(dá)到相應(yīng)的要求。四：設(shè)計(jì)方案的原理框圖脈沖信號(hào)T=1S 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示控制電路T=5s74LS161計(jì)數(shù)器 定時(shí)電路 組合邏輯電路譯碼電路

4、數(shù)碼管顯示信號(hào)燈負(fù)載簡(jiǎn)要說(shuō)明：電路的脈沖信號(hào)由CB555定時(shí)器組成的多諧振蕩器外接上合適的電容C和電阻R組成，可以產(chǎn)生T=1s的方波。經(jīng)過(guò)波形變化后輸入計(jì)數(shù)器74LS161，通過(guò)Q3Q2Q1Q0輸出二進(jìn)制數(shù)。在組合邏輯電路的作用下分別在產(chǎn)生高低電平控制發(fā)光二極管的亮滅，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的功能?？傮w電路圖 五: 單元電路設(shè)計(jì)1 脈沖信號(hào)發(fā)生電路 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，不需要外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。下圖是由CB555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。R1，R2，和C是外接元件。多諧振蕩器電路圖 +UccR17 8 4 6 3CB5552 1 52 1 R2

5、u0ucC CB555定時(shí)器原理電路圖 接通電源Ucc以后，他經(jīng)過(guò)R1和R2對(duì)電容C充電，uc上升。當(dāng)0<uc<Ucc/3時(shí)，觸發(fā)器置1，u0為高電平電壓（1）。當(dāng)Ucc/3<uc<2Ucc/3時(shí)，觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，u0仍為高電平電壓（1）。當(dāng)uc上升略高于2Ucc/3時(shí)，觸發(fā)器置0，u0為低電平電壓（0）。這時(shí)放電管Tp導(dǎo)通，電容C通過(guò)R2和Tp放電，uc下降。當(dāng)uc下降略低于Ucc/3時(shí)，觸發(fā)器置1，u0又由低電平電壓（0）變?yōu)楦唠娖诫妷海?）。這時(shí)放電管Tp截止，Ucc又經(jīng)過(guò)R1和R2對(duì)電容C充電。如此重復(fù)上述過(guò)程，uo即為連續(xù)的矩形波，其周期T=1秒。 電路參

6、數(shù)確定：T=tp1+tp2=ln2(R1+2R2)C 要求T=1秒，選取R1=5K R2= 5K C=95uF;將R1=5K R2= 5K C=360uF接入電路，即可以得到T=1秒的矩形波。2 計(jì)數(shù)器電路1.將T=1秒的脈沖變?yōu)門(mén)=5秒的脈沖。利用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS290型異步二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。74LS290 2-5-10進(jìn)制計(jì)數(shù)器外引腳圖及邏輯符號(hào)圖如下：（a） 外引腳圖（b） 邏輯符號(hào)圖。CP1，CP0為CP輸入；S9a，S9b，RoA,RoB為異步置數(shù)端；Q3Q2Q1Q0為輸出端。這里需要用到其五進(jìn)制的功能，只輸入計(jì)數(shù)脈沖CP1，有Q3Q2Q1輸出，為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下圖

7、為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)分析及示意圖。計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)CP1Q3 Q2 Q100 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 0 通過(guò)74LS290實(shí)現(xiàn)的波形變換，利用其輸出端Q3來(lái)得到T=5秒的矩形波。下圖為其波形圖：1234567CPQ32.將74LS290二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器Q3端產(chǎn)生的脈沖加在74LS161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的CP端，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。74LS161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯符號(hào)圖 將Q3端的脈沖信號(hào)加在CP端，A3A2A1A0四個(gè)輸入端接地；EP,ET,LD,RD接高電平，其數(shù)據(jù)輸出端Q3Q2Q1Q0 就可以輸出0-15的二進(jìn)制編碼，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。74LS

8、161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器引腳排列和功能表詳見(jiàn)附件。3 組合邏輯電路 a.根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以得到如下的邏輯狀態(tài)表:(符號(hào)說(shuō)明：G1，Y1，R1分別表示主干道上的綠燈，黃燈，紅燈；G2，Y2，R2分別表示支干道上的綠燈，黃燈，紅燈；其中1表示燈亮，0表示燈滅) 表一：主支干道上三種燈亮滅持續(xù)狀態(tài)表t(s)G1Y1R1G2Y2R2010000145010001500011007500101080100001表二：紅黃綠三種燈的邏輯狀態(tài)表CPQ3Q2Q1Q0G1Y1R1G2Y2R2O00001000011000110000120010100001300111000014010010000150101

9、10000160110100001701111000018100010000191001010001101010001100111011001100121100001100131101001100141110001100151111001010160000100001b.根據(jù)紅黃綠三種燈的邏輯狀態(tài)表寫(xiě)出其邏輯表達(dá)式G1= Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 +Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 =Q3(Q2+Q1+Q0) Y1=Q3Q2Q1Q0G2=Q3Q2Q1Q0 + Q3Q

10、2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0+ Q3Q2Q1Q0+ Q3Q2Q1Q0 = Q3Q2Q1+Q3Q2Q1+Q3Q2Q0Y2=Q3Q2Q1Q0R1=G2+Y2R2=G1+Y1c.根據(jù)邏輯表達(dá)式畫(huà)出邏輯圖R2 G1 Y1 Y2 G2 R1>=1 >=1 >=1 & & && & >=1111>=111Q3Q2Q1Q0d.組合邏輯電路的功能分析555定時(shí)器產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器以后在輸出端產(chǎn)生0000-1111的數(shù)字，每種狀態(tài)經(jīng)過(guò)組合邏輯電路后輸出相應(yīng)的結(jié)果，已達(dá)到預(yù)期目的。另外，經(jīng)分析可知，R2可由G1和Y1用或門(mén)連接，R1可由G

11、2和Y2用或門(mén)連接，這樣可以簡(jiǎn)化電路。4 負(fù)載信號(hào)燈電路 邏輯門(mén)R 發(fā)光二極管 經(jīng)查閱相關(guān)資料，限流電阻R定為3K; 當(dāng)邏輯門(mén)輸出為高電平時(shí)，發(fā)光二極管正向?qū)?，信?hào)燈亮；當(dāng)邏輯門(mén)輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管截止，信號(hào)燈滅；從而實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)燈亮滅的功能。 *(5)計(jì)時(shí)顯示電路 第一:為了顯示主副車道的倒計(jì)通行時(shí)間，需要設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器，由于最小計(jì)時(shí)單位為秒，最大計(jì)時(shí)長(zhǎng)度為50秒（主干道通行時(shí)間）。故計(jì)時(shí)電路的計(jì)時(shí)周期可選為一秒，可以利用CB555產(chǎn)生的周期為一秒的脈沖。定時(shí)器是一個(gè)最大模為50的減法計(jì)數(shù)器，同時(shí)也是一個(gè)可變模減法計(jì)數(shù)器。第二：輸出端還需要一個(gè)顯示譯碼電路，為了減少輸出端數(shù)，輸出采

12、用2支數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示通行時(shí)間。定時(shí)器是一個(gè)可變模減法計(jì)數(shù)器，其工作狀態(tài)有控制電路來(lái)控制。輸入信號(hào)主要有時(shí)鐘信號(hào)，同步裝載控制信號(hào)和預(yù)置值輸入。輸出信號(hào)主要有減法溢出信號(hào)zero和計(jì)數(shù)輸出信號(hào)Q。定時(shí)器的輸出Q經(jīng)選擇電路，譯碼電路和驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)兩只數(shù)碼管顯示車輛通行時(shí)間。設(shè)計(jì)思路如下圖：顯示控制電路主干道 支干道定時(shí)器定時(shí)器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器個(gè)位個(gè)位十位十位五：收獲與體會(huì)及存在的的問(wèn)題1. 收獲與體會(huì)這是我在大學(xué)里第一次做課程設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)不足，所以剛開(kāi)始的頭幾天感覺(jué)無(wú)從下手，不知所措。經(jīng)過(guò)與同學(xué)和老師的交流討論后，思路逐漸清晰。在網(wǎng)上查資料，查閱相關(guān)書(shū)籍也解決了我不少困惑。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)

13、，我對(duì)課本上的理論知識(shí)有了更深的了解，也了解了課本以外的很多知識(shí)，增強(qiáng)了把理論應(yīng)用與實(shí)際的能力，同時(shí)也提高了我對(duì)電工與電子技術(shù)這門(mén)課的興趣。這次課程設(shè)計(jì)，使我感受到了做學(xué)問(wèn)一定要嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真，一絲不茍，為我以后的學(xué)習(xí)生活也帶來(lái)了很大的啟發(fā)。2. 存在的問(wèn)題與不足第一， 邏輯門(mén)電路部分電路結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜，例如G2燈用了四個(gè)門(mén)電路，顯得就很繁瑣。如果用JK觸發(fā)器代替一部分門(mén)電路，可以減少電子元件的使用個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化電路，但同時(shí)也提高了造價(jià)第二， 對(duì)于題目中設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)顯示電路的要求未能給出詳細(xì)滿意的設(shè)計(jì)方案，這是我思維不夠活躍，電工知識(shí)儲(chǔ)備不足造成的。由于能力有限，沒(méi)能做到面面俱到，其中肯定還有不足甚至錯(cuò)誤之處，希望老師指正。 六：參考文獻(xiàn) 1.電工學(xué)下冊(cè)-電子技術(shù)，秦增煌主編，