..XX輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計題目：簡易交通燈控制電路學(xué)生__馬杰專業(yè)__電氣工程14-02班學(xué)號：541401020228院〔系：電氣信息工程學(xué)院指導(dǎo)黃春完成時間：2016年12月4日..XX輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計〔論文任務(wù)書題目簡易交通燈控制電路專業(yè)電氣工程14-02學(xué)號541401020228姓名馬杰主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容1．閱讀相關(guān)科技文獻。2．學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3．學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。4．學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求要求控制一個十字路口的交通燈。設(shè)定南北,東西向交通燈顯示時間一樣。設(shè)定紅燈綠燈均顯示30秒,紅燈綠燈切換時黃燈顯示2秒。要求紅黃綠燈用發(fā)光二極管表示,并且顯示出時間。主要參考資料1．何小艇,電子系統(tǒng)設(shè)計,XX大學(xué)出版社,20XX6月2．姚福安,電子電路設(shè)計與實踐,XX科學(xué)技術(shù)出版社,20XX10月3．王澄非,電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐,東南大學(xué)出版社,1999年10月4．李銀華,電子線路設(shè)計指導(dǎo),北京航空航天大學(xué)出版社,20XX6月5．康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ),高教出版社,2003完成期限：2016年12月04日指導(dǎo)教師簽章：專業(yè)負責(zé)人簽章：2016年11月28日XX輕工業(yè)學(xué)院..簡易交通燈控制電路摘要本論文主要闡述了交通信號燈的出現(xiàn),使交通得以有效管制,對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO,我們不但要在經(jīng)濟、文化、科技等各方面與國際接軌,在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說"要想富,先修路",但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈也應(yīng)國際化。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào),已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。所以,如何采用合適的控制方法,最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路,緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況,越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。以下就交通燈控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計和實驗調(diào)試等問題來進行具體分析討論。關(guān)鍵詞交通燈計數(shù)器秒脈沖譯碼器自動控制目錄中文摘要ⅠTOC\o"1-3"\h\u一、對交通信號燈的控制11．1題目要求 1二、交通燈的組成12．1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 12．2交通燈運行狀態(tài) 2三、單元電路的設(shè)計43．1秒脈沖發(fā)生器 43．2定時器 53．3控制器 73．4譯碼器93．5交通信號燈 103．6整個交通燈控制系統(tǒng)的布局 10四、PCB的制作104．1原理圖的繪制 104．2PCB的排線 10五、仿真過程與效果分析105．1電路試調(diào) 105．2調(diào)試中注意的事項 105．3通電后的測試 115．4操作說明 11元器件清單 13總結(jié) 14參考文獻 15附錄一16附錄二17附錄三18..對交通信號燈的控制1．1題目要求信號燈收一個啟動開關(guān)控制,當(dāng)啟動開關(guān)接通時,信號系統(tǒng)開始工作,且先南北紅燈亮,東西綠燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時,所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持30s,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮并維持30s。在東西綠燈熄時,東西黃燈亮,并維持2s,到2s時,東西黃燈滅,東西紅燈亮,同時南北紅燈熄滅,南北綠燈亮。東西紅燈亮維持30s,南北綠燈維持30s,然后南北黃燈亮,維持2s后熄滅。這時南北紅燈亮,東西綠燈亮。周而復(fù)始。交通燈的組成2．1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源,譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號,經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作,控制器是系統(tǒng)的主要部分,由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中：TL:表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為30秒,即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到,TL=1,否則,TL=0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為2秒。定時時間到,TY=1,否則,TY=0。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后,由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。圖2-1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖2．2交通燈運行狀態(tài)兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種<因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以不考慮>,如圖2-2所示圖2-2兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)一般十字路口交通燈的控制系統(tǒng)的工作過程；〔1如圖2-2狀態(tài)0所示,甲車道綠燈亮,乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行,乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時,控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST,轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)?！?如圖2-2狀態(tài)1所示,甲車道黃燈亮,乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行,已過停車線的車輛繼續(xù)通行,乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時,控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST,轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。〔3如圖2-2狀態(tài)2所示,甲車道紅燈亮,乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行,乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時,控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST,轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)?！?如圖2-2狀態(tài)3所示,甲車道紅燈亮,乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行,乙車道上未過停車線的車輛停止通行,已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時,控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號TS,系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)1。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由控制器進行控制。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10,并分別用S0、S1、S3、S2表示,則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表2-3所示。控制器狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0〔00S1〔01S2〔11S3〔10甲綠,乙紅甲黃,乙紅甲紅,乙綠甲紅,乙黃甲車道通行,乙車道禁止通行甲車道緩行,乙車道禁止通行甲車道禁止通行,乙車道通行甲車禁止道通行,乙車道緩行表2-3控制器工作狀態(tài)及其功能控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見,把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一,并作如下規(guī)定：AG=1：甲車道綠燈亮；BG=1：乙車道綠燈亮；AY=1：甲車道黃燈亮；BY=1：乙車道黃燈亮；AR=1：甲車道紅燈亮；BR=1：乙車道紅燈亮；由此得到交通燈的ASM圖,如圖2-4所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0〔用狀態(tài)框表示S0,當(dāng)S0的持續(xù)時間小于30秒時,TL=0〔用判斷框表示TL,控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時間等于30秒時,TL=1,控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST〔用條件輸出框表示ST,并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所表達的含義。圖2-4交通燈控制器的ASM單元電路的設(shè)計3．1秒脈沖發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器構(gòu)成多諧震蕩器,震蕩頻率為：f=1.43/<R1+2R2>C電路圖如圖3-1所示：圖3-1秒脈沖產(chǎn)生器3．2定時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖〔由上面時鐘脈沖產(chǎn)生器提供同步的計數(shù)器構(gòu)成,要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下,首先清零,然后在時鐘脈沖上升沿作用下,計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù),向控制器提供模2的定時信號TY和模30的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設(shè)計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器,它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖3-2和圖3-3所示,其功能表如表3-1所示。圖中,是低電平有效的同步清零輸入端,是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端,CTp、CTt是計圖2-4交通燈的ASM圖數(shù)控制端,CO是進位輸出端,D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端,Q0～Q3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖3-4所示。圖3-274LS163的外引線排列圖圖3-374LS163時序波形圖表3-174LS163功能表圖3-4定時器電路圖定時器仿真電路如圖3-5圖3-5定時器仿真電路3．3控制器控制器是交通管理的核心,它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,如表3、2所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài),控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY,當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1＝00狀態(tài)時,如果TL＝0,則控制器保持在00狀態(tài)；如果,則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1＝01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān),所以用無關(guān)項"X"表示。其余情況依次類推,同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。表3-2控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)表3-2可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程,其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和ST為1的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與,其中"1"用原變量表示,"0"用反變量表示,然后將各與項相或,即可得到下面的方程：根據(jù)以上方程,選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù),將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值〔Q1n、Q0n加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號．即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖3-6所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。圖3-5控制器邏輯圖圖3-6控制器部分仿真電路3．4譯碼器譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出Q1、Q0的4種工作狀態(tài),翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表3-3所示。表3-3控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表狀態(tài)AGAYARBGBYBR001

0

00

0

1010

1

00

0

1100

0

11

0

0110

0

10

1

0由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CP脈沖,一部分送給了定時器的74LS163芯片,另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS163芯片的情況下,通過芯片74LS00將會輸出TY、T/Y/；TL、T/L/、即TY和T/Y/放大的結(jié)果是秒脈沖的2倍；TL和T/L/放大的結(jié)果是秒脈沖的30倍。前者輸出的信號是后者的1/15。將定時器輸出的TY、T/Y/；TL、T/L/分別作用于控制器的芯片74LS153中,在CP脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平。控制器中的信號在送給由芯片74LS00組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和100歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路,這種電路的結(jié)果最終通過LED小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。圖3-7譯碼器部分邏輯圖3．5交通信號燈十二個發(fā)光二極管<注意二極管的極性>3．6整個交通燈控制系統(tǒng)的布局見附錄三PCB的制作4．1原理圖的繪制用AltiumDesigner完成原理圖的繪制。4．2PCB的布線見附錄一仿真過程與效果分析5．1電路試調(diào)電路連接完后,要進行調(diào)試,以檢測是否達到要求。實踐表明,一個電子裝置,即使按照設(shè)計的電路參數(shù)進行安裝往往也難于達到預(yù)期效果。這是因為人們在設(shè)計時,不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問題,必須通過安裝后的測試和調(diào)整,來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不足。然后采取措施加以改進,使裝置達到預(yù)定的技術(shù)指標。因此調(diào)整電子電路的技能對從事電子技術(shù)及有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說,是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號發(fā)生器。5．2調(diào)試中注意的事項為了保證效果,必須減小測量誤差,提高測量精度。為此,需注意以下幾點：〔1正確使用測量儀器的接地端〔2測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。因為,若測量儀器輸入阻抗小,則在測量時會引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差?！?儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點?！?用同一臺測量儀進行測量進,測量點不同,儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同?！?調(diào)試過程中,不但要認真觀察和測量,還要于記錄。記錄的內(nèi)容包括實驗條件,觀察的現(xiàn)象,測量的數(shù)據(jù),波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實驗記錄并與理論結(jié)果加以比較,才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計上的問題,完善設(shè)計方案。〔6調(diào)試時出現(xiàn)故障,要認真查找故障原因,切不可一遇故障解決不了的問題就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題。我們應(yīng)該認真檢查.調(diào)試結(jié)果是否正確,很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。對于本交通燈來說,只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象,一般不需要調(diào)試,直接進行測量。測試電路中線路是否接通同上用萬用表的歐姆檔,測試每一組的連通的線,將兩表筆接到被測的一組線的起始線和末端線的兩端,看電阻是否為零,如果是零,則證明是通的；如果是無窮大,則證明中間有線是短開的,則要一根一根的檢查該組的沒一根線,直到查出為止。5．3通電后的測試〔1測試電源用萬用表的直流電壓檔,測試輸入電源的電壓,看是否達到額定電壓〔本產(chǎn)品為+5V,如果不是,則換電源?！?測試芯片的電源輸入端同上用萬用表的直流電壓檔,測試芯片的接地端與接電源端的點呀,看是否達到芯片的額定電壓〔本產(chǎn)品所用的芯片都是+5V,如果不是,則檢查其線路是否接錯。5．4操作說明打開總開關(guān),便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真,電路默認把通車時間設(shè)為30秒,打開總開關(guān),東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮,示波器,顯示時間為30秒,然后東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈,其余燈都不變。再過2秒后,電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30秒,東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈,南北方向車道的紅燈。南北東西時間〔S綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈100000250100014001100001010圖6-1交通燈校驗時間圖元器件清單元件名稱規(guī)格及作用數(shù)量NE555產(chǎn)生脈沖174LS163四位二進制同步計數(shù)器274LS00二輸入與非門274LS10三輸入與非門174LS08二輸入與門174LS48譯碼器274LS153數(shù)據(jù)選擇器274LS74D觸發(fā)器1七段數(shù)碼顯示器共陰極2發(fā)光二極管普通12電容10nF2