交通燈電子課程設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（說(shuō)明書(shū)）交通燈控制電路的設(shè)計(jì)班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)課 程 名 稱(chēng) 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目 交通燈控制電路的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：1、 設(shè)計(jì)說(shuō)明與技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制電路，要求主干道與支干道交替通行。2主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為50秒。支干道通行時(shí)，支干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30秒。 3每次綠燈變紅時(shí)，要求黃燈先閃爍3秒。此時(shí)另一路口紅燈也不變。4在綠燈亮（通行時(shí)間內(nèi)）和紅燈亮（禁止通行時(shí)間內(nèi)）均有倒計(jì)時(shí)顯示。2、 設(shè)計(jì)要求1在選擇器

2、件時(shí)，應(yīng)考慮成本，要求采用LED顯示。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。3畫(huà)出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。4完成相應(yīng)電源的設(shè)計(jì)。3、 實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。4、 推薦參考資料1 閻石著 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2005年2 南新志、劉計(jì)訓(xùn)主編 . 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教程.M濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2003年5、 按要求撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1、 概述現(xiàn)代社會(huì)各種交通工具日趨增多，給我們的出行帶來(lái)方便的同時(shí)，也給我們的道路交通帶來(lái)了混亂， 尤其是十字路口的交通管理問(wèn)題。早在十九世紀(jì)的英國(guó)出現(xiàn)了最原始的

3、紅綠燈，而紅綠燈也是迄今為止最為方便簡(jiǎn)單且有效的交通指示信號(hào)。在這里要求兩條都路通行且不能發(fā)生交通事故，為了確保十字路口的車(chē)輛順利、暢通得通過(guò)，現(xiàn)在在十字路口往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。本次課設(shè)就是用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)交通控制電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口的自動(dòng)交通控制，在主干道通行的時(shí)候，主干道的綠燈亮并且支干道的紅燈亮，這一狀態(tài)為47秒，其次主干道黃燈閃爍支干道繼續(xù)上一狀態(tài)的倒計(jì)時(shí)，這一狀態(tài)為3秒，接著主干道紅燈亮支干道綠燈亮，這一狀態(tài)為27秒，最后主干道繼續(xù)上一狀態(tài)，支干道黃燈閃爍，這一狀態(tài)為3秒，依此循環(huán)以上時(shí)間上四個(gè)狀態(tài)，同時(shí)上述秒數(shù)均有倒計(jì)時(shí)顯示。設(shè)計(jì)思路是把主干道和支干道分開(kāi)來(lái)

4、設(shè)計(jì)，用兩個(gè)74LS160分別控制兩個(gè)道路上的三個(gè)狀態(tài)，用四個(gè)數(shù)碼管顯示兩道上倒計(jì)時(shí)的十位和個(gè)位，總體為兩個(gè)部分三個(gè)狀態(tài)。2、 方案論證設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：1設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制電路，要求主干道與支干道交替通行。2主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為50秒。支干道通行時(shí)，支干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30秒。 3每次綠燈變紅時(shí)，要求黃燈先閃爍3秒。此時(shí)另一路口紅燈也不變。4在綠燈亮（通行時(shí)間內(nèi)）和紅燈亮（禁止通行時(shí)間內(nèi)）均有倒計(jì)時(shí)顯示。方案：方案原理框圖如圖1所示。 圖1原理框圖3、 電路設(shè)計(jì)1.直流穩(wěn)壓電源電路220V電源經(jīng)過(guò)降壓，整流，濾波后變成直流電，在經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓源

5、降壓到5V，原理圖如圖2所示，穩(wěn)定后的電壓如下所示。 圖2 直流穩(wěn)壓電源電路2.秒脈沖電路這部分是整個(gè)電路的動(dòng)力輸入部分，是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的根本，設(shè)計(jì)時(shí)依靠Multisim工具欄電路向?qū)нM(jìn)行自動(dòng)編譯設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。NE555構(gòu)成的多諧振振蕩器工作原理。接通電源后，電容C2被充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJTT導(dǎo)通，此時(shí)V0為低電平，電容C通過(guò)R2和T放電，使Vc下降，當(dāng)下降至1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，V0翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R1和R2向電容器充電，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得

6、到一個(gè)周期性的方波，其頻率為： f=1.44/(R1+2R2)C在這里我們選擇R1=28.86K，R2=57.772K，C=10uf，即可輸出1HZ方波脈沖，達(dá)到要求。 圖3 秒脈沖電路 圖4 示波器顯示秒脈沖3.5Hz脈沖產(chǎn)生電路這部分電路產(chǎn)生5Hz的脈沖，和控制黃燈的線(xiàn)路相與，能夠使黃燈閃爍，具體的原理以及步驟和秒脈沖產(chǎn)生電路相同 圖5 5Hz脈沖產(chǎn)生電路 圖6 示波器顯示5Hz脈沖4. 狀態(tài)控制電路 這一部分是整個(gè)電路的協(xié)調(diào)部分，對(duì)主干道支干道分化為兩個(gè)部分，既主干道的紅綠燈和倒計(jì)時(shí)顯示一部分，另一部分是支干道的紅綠燈和倒計(jì)時(shí)顯示，同時(shí)狀態(tài)控制電路把整體分為三個(gè)狀態(tài)，對(duì)于主干道來(lái)說(shuō)，綠燈

7、黃燈紅燈對(duì)應(yīng)47s3s30s這三個(gè)狀態(tài)，對(duì)于支干道來(lái)說(shuō)，當(dāng)主干道處于某一狀態(tài)時(shí)，支干道的相應(yīng)狀態(tài)為紅燈綠燈黃燈對(duì)應(yīng)50s27s3s，對(duì)于四個(gè)顯示的三個(gè)部分，用74LS160設(shè)計(jì)個(gè)3進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，其產(chǎn)生三個(gè)數(shù)分別為00、01、10，對(duì)應(yīng)顯示部分的三個(gè)狀態(tài)，從而控制交通燈的轉(zhuǎn)換以及倒計(jì)時(shí)顯示器的狀態(tài)變化。對(duì)于主干道來(lái)說(shuō)，交通燈和倒計(jì)時(shí)顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換共有三個(gè)狀態(tài)，具體如下表1所示 表1 亮燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)控制信號(hào)燈狀態(tài)倒計(jì)時(shí)顯示S0 (00) 綠燈 47sS1 (01) 黃燈 3sS2 (10) 紅燈 30s對(duì)3個(gè)狀態(tài)進(jìn)行二進(jìn)制編碼：00、01、10。燈亮設(shè)置計(jì)數(shù)為1，燈滅計(jì)數(shù)為0，用74LS160

8、加法計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可得真值表如表2所示。表2 計(jì)數(shù)輸出與燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表Q2Q1綠燈（G）黃燈（Y）紅燈（R）001000101010001有上述真值表可得各個(gè)燈的如下關(guān)系：由上述關(guān)系可得主控電路，并配有5Hz脈沖電路，使得黃燈閃爍如電路圖7所示 圖7 主干道紅綠燈控制電路對(duì)于主干道的倒計(jì)時(shí)顯示電路來(lái)說(shuō)，要顯示各個(gè)部分的倒計(jì)時(shí)，并且要在一個(gè)部分倒計(jì)時(shí)顯示結(jié)束后，過(guò)渡到下一倒計(jì)時(shí)顯示，三個(gè)倒計(jì)時(shí)顯示狀態(tài)為47s3s30s，這個(gè)設(shè)計(jì)我選用了74LS192，74LS192具有倒數(shù)計(jì)時(shí)清零置數(shù)功能，用來(lái)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，而數(shù)碼管選用了DCD_HEX，此數(shù)碼管方便實(shí)用原理簡(jiǎn)單這一電路通過(guò)上一計(jì)數(shù)

9、器的清零，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)電路下一狀態(tài)進(jìn)行置數(shù)，控制74LS192左邊引腳的不同，顯示想要的數(shù)值，形成循環(huán)的三個(gè)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)電路的分析得到置數(shù)過(guò)程要和燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)變同時(shí)進(jìn)行，即分別將47330473等數(shù)置入計(jì)數(shù)電路中。要置入的數(shù)對(duì)應(yīng)分析后得到下列的真值表。表3 倒計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)真值表狀態(tài)高低位高位低位Q1Q2DCBAdcba47s00010001113s010000001130s1000110000有上述真值表可推得： 高位端 D=0 C=Q1Q2 B=Q1Q2 A=Q1Q2 低位端 d=0 c=Q1Q2 b=Q1 a=Q1按上述的真值表設(shè)計(jì)電路圖如圖8所示。 圖8 主干道倒計(jì)時(shí)控制電路對(duì)支干道來(lái)說(shuō)，它

10、的紅綠燈控制和倒計(jì)時(shí)顯示和主干道的控制原理一樣，對(duì)交通燈來(lái)說(shuō)其轉(zhuǎn)換狀態(tài)如表4表4 亮燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)控制信號(hào)燈狀態(tài)倒計(jì)時(shí)顯示S0 (00) 紅燈 50sS1 (01) 綠燈 27sS2 (10) 黃燈 3s對(duì)應(yīng)的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換真值表如表5所示Q2Q1紅燈（r）綠燈（g）黃燈（y）001000101010001有上述真值表可得各個(gè)燈的如下關(guān)系：由上述關(guān)系可得主控電路，并配有5Hz脈沖電路，使得黃燈閃爍如電路圖9所示圖9 支干道紅綠燈控制電路對(duì)倒計(jì)時(shí)來(lái)說(shuō)，配合交通燈要顯示出50s27s3s50s27s要置入的數(shù)對(duì)應(yīng)分析后得到下列的真值表。表6 倒計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)真值表狀態(tài)高低位高位低位Q1Q2DCBAdcb

11、a50s000101000 027s01001001113s1000000011有上述真值表可推得：高位端 D=0 C=Q1Q2 B=Q1Q2 A=Q1Q2 低位端 d=0 c=Q1Q2 b=a=Q1Q2按上述的真值表設(shè)計(jì)電路圖如圖10所示。 圖10 支干道倒計(jì)時(shí)控制電路5. 紅綠燈控制電路與倒計(jì)時(shí)顯示電路的銜接 這一部分電路是把三個(gè)狀態(tài)的交通燈和三個(gè)狀態(tài)的倒計(jì)時(shí)銜接在一起，利用一個(gè)74LS160芯片，組成一個(gè)三進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，每個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)每一個(gè)狀態(tài)，當(dāng)數(shù)碼管全部清零以后，利用兩個(gè)數(shù)碼管所有高低位之間的邏輯關(guān)系，送給74LS160一個(gè)脈沖，使得加法計(jì)數(shù)器加一從而進(jìn)行下一個(gè)狀態(tài)，即當(dāng)數(shù)碼管全部歸

12、零，一個(gè)倒計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)候，就開(kāi)始下一個(gè)倒計(jì)時(shí)狀態(tài)與紅綠燈顯示狀態(tài)，設(shè)計(jì)的電路圖如圖11所示 圖11 倒計(jì)時(shí)電路與紅綠燈電路的銜接四、性能測(cè)試 在multisim12.0軟件中，對(duì)電路圖的性能進(jìn)行了測(cè)試，主要檢測(cè)電路是否能夠?qū)崿F(xiàn)交通的需要，即要滿(mǎn)足交通燈各狀態(tài)的倒計(jì)時(shí)和亮燈需求，可以通過(guò)對(duì)電路各狀態(tài)的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試：對(duì)作出的電路圖進(jìn)行運(yùn)行得到下列狀態(tài)：狀態(tài)一：主干道綠燈亮47秒，支道亮紅燈50秒。如圖12所示。圖12 狀態(tài)一狀態(tài)二：主干道黃燈閃爍3秒，支干道繼續(xù)上一狀態(tài)，如圖13所示圖13 狀態(tài)二狀態(tài)三：主干道紅燈亮30秒，支干道綠燈亮27秒，如圖14所示圖14 狀態(tài)三狀態(tài)四：主干道紅燈繼續(xù)倒計(jì)

13、時(shí)，支干道黃燈閃爍3秒，如圖15所示圖15 狀態(tài)四狀態(tài)五：隨機(jī)抽查一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，如圖16所示圖16 狀態(tài)五2. 時(shí)間上：主道方向的時(shí)間變化為：綠47秒黃閃3秒紅30秒綠47秒黃閃3秒紅30秒綠47秒黃閃3秒紅30秒；支道方向的時(shí)間變化為：紅50秒綠27秒黃閃3秒紅50秒綠27秒黃閃3秒紅50秒綠27秒黃閃3秒；對(duì)此變化進(jìn)行循環(huán)。3. 燈的變化上：主道方向的燈的狀態(tài)為：綠黃紅綠黃紅綠黃紅；支道方向的燈的狀態(tài)為：紅綠黃紅紅綠黃紅紅；對(duì)此狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)。五、結(jié)論試驗(yàn)所做的交通燈各部分實(shí)驗(yàn)所得狀態(tài)轉(zhuǎn)換與預(yù)期狀態(tài)轉(zhuǎn)換完全一致，可以滿(mǎn)足制作交通燈的需求，而其得到的試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)中的各項(xiàng)指標(biāo)，成功的完成了課

14、設(shè)。通過(guò)這次課設(shè)，使我對(duì)數(shù)電等理論知識(shí)有了一個(gè)清晰的框架，并且把書(shū)本上的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為生活中的實(shí)例，提高了我對(duì)構(gòu)建模型的能力，增強(qiáng)了我對(duì)數(shù)電等電學(xué)知識(shí)的興趣，是我對(duì)數(shù)電等有了更清晰的認(rèn)識(shí)；并且，通過(guò)此次電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)，讓我熟練的掌握了Multisim軟件的應(yīng)用，對(duì)我以后的發(fā)展有了一定的積極作用；同時(shí)，在這兩個(gè)星期的課設(shè)時(shí)間里，讓我明白了，在以后的學(xué)習(xí)與生活中，不管學(xué)習(xí)還是做事，一定要認(rèn)真，全局考慮，一絲不茍，就像當(dāng)初連紅綠燈狀態(tài)電路的時(shí)候，就是因?yàn)楦唠娖嚼m(xù)接而浪費(fèi)了二十分鐘檢查電路，以至于后來(lái)一團(tuán)糟之后重新連接的電路圖，與之前的電路圖相比之下才知道先前所犯的錯(cuò)誤，所以一定要踏踏實(shí)實(shí)，才有可能

15、在以后的日子里少走彎路，節(jié)省時(shí)間！參考文獻(xiàn)1 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù). M北京：高等教育出版社，2006年。2 陳振官等編著. 新穎高效聲光報(bào)警器. M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005年。3詩(shī)童白；華成英主編，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。M北京；高等教育出版社，2006年。4李亞佰主編，數(shù)字電路與系統(tǒng)。大連；大連理工大學(xué)出版社，1992年。5韓振振，李亞伯主編，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。大連；大連理工大學(xué)出版社，1992年。6伊勇，李林凌主編。Multisim電路仿真入門(mén)與進(jìn)階。北京；科學(xué)出版社，2005年。附錄I 總電路圖 附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào) 名稱(chēng)型號(hào) 數(shù)量1U.U0脈沖發(fā)生器555 22U1.U21加法計(jì)數(shù)器74LS160D 2 3U10.U11.U30.U31減法計(jì)數(shù)器74LS192D 44U12.U13.U32.U33數(shù)碼管DCD_HEX 4 5U2.U22.非門(mén)74LS04D 2 6U7.U27與門(mén)74