重慶大學(xué)電氣交通燈控制電路的設(shè)計(jì)-副本

1、交通控制電路設(shè)計(jì) 電子技術(shù)基礎(chǔ)課 程 設(shè) 計(jì)題目名稱： 交通燈控制電路的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 201班 小組成員： 學(xué) 號(hào)： 20 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 201.26 成績(jī)/評(píng)語(yǔ)/簽名重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路的設(shè)計(jì)學(xué)院電氣學(xué)院專業(yè)電氣工程及自動(dòng)化年級(jí)2014 設(shè)計(jì)一個(gè)控制電路，實(shí)現(xiàn)如下的交通燈控制要求：1，在一個(gè)十字路口，主干道通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈；支干道通行亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。2，主干道和支干道交替通行，主干道通行時(shí)間為30S, 支干道通行時(shí)間為20S，設(shè)計(jì)30S和20S的計(jì)時(shí)顯示電路。3，主干道和支干道交替通行，

2、每次有綠燈變成紅燈的過(guò)程要有5S的亮黃燈過(guò)渡過(guò)程。設(shè)計(jì)5S的計(jì)時(shí)顯示電路。4 用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管做信號(hào)燈。學(xué)生應(yīng)完成的工作：1、設(shè)計(jì)電路原理圖2、列出原理圖所用的電子元器件清單2、購(gòu)買(mǎi)元器件、搭建電路、調(diào)試電路、并實(shí)現(xiàn)上述功能。3、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考資料：1、唐治德. 模擬電子技術(shù)（第二版）. 北京：科學(xué)出版社，20152、唐治德. 數(shù)字電子技術(shù)（第二版）. 北京：科學(xué)出版社，20153、Protel軟件相關(guān)資料4、康華光. 模擬電子技術(shù)（第五版）. 北京：高等教育出版社，20065、華成英，童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)（第四版）. 北京：高等教育出版社，20066、康華光. 電子技術(shù)基

3、礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）. 北京：高等教育出版社，20007、閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. 北京：高等教育出版社，1998課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃：1、布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)；消化課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，查閱并參考相關(guān)資料，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)（2天）；2、按課程設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行詳細(xì)原理設(shè)計(jì)（3天）；3、進(jìn)行實(shí)際的電路搭建和調(diào)試，并按課程設(shè)計(jì)的規(guī)范要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告（4天）；4、課程設(shè)計(jì)答辯，實(shí)時(shí)控制驗(yàn)證（1天）。任務(wù)下達(dá)日期 年 月 日完成日期 年 月 日指導(dǎo)教師 （簽名）學(xué) 生 （簽名）目錄前言51設(shè)計(jì)任務(wù)與要求51.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容51.2 設(shè)計(jì)要求62系統(tǒng)概述63單元電路的設(shè)計(jì)83.1秒脈沖發(fā)生83.2 五倒計(jì)時(shí)減數(shù)電

4、路的設(shè)計(jì)93.3 二十秒倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)103.4 三十進(jìn)制減數(shù)電路設(shè)計(jì)113.5 狀態(tài)譯碼電路的設(shè)計(jì)123.6 交通燈狀態(tài)顯示電路的設(shè)計(jì)133.7顯示譯碼電路144總原理圖154.1最初原理圖11154.2原理化簡(jiǎn) 圖12164.3實(shí)際焊接圖13185實(shí)物焊接196調(diào)試與檢測(cè)196.1調(diào)試方法196.2調(diào)試步驟196.3實(shí)物調(diào)試207心得體會(huì)208參考文獻(xiàn)21附件1：元件清單22附件2：實(shí)物照片23前言隨著生活水平的提高，家庭汽車(chē)擁有量越來(lái)越多，城市交通堵塞問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，解決城市的交通擁擠問(wèn)題越來(lái)越緊迫。交通燈在這個(gè)交通環(huán)境中起著一個(gè)重要的角色，是交通管理部門(mén)管理交通的重要工具。紅綠燈是交

5、通法規(guī)的無(wú)聲命令，是司機(jī)和行人的行為準(zhǔn)則。十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車(chē)輛的安全運(yùn)行。智能的交通燈能有效地緩解城市的交通壓力，減少交通事故；為人民節(jié)省大量出行時(shí)間，創(chuàng)造出更多的社會(huì)價(jià)值。本設(shè)計(jì)通過(guò)采用數(shù)字電路對(duì)交通燈控制電路的設(shè)計(jì),提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號(hào)自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車(chē)輛和行人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。在本次課程設(shè)計(jì)里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交通控制信號(hào)燈。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、Multisim軟件仿真、電路安排與調(diào)試，在此次設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)初步掌握工程設(shè)計(jì)的具體步驟和方法，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及提高實(shí)際應(yīng)用水

6、平。1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）在一個(gè)十字路口，主干道通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈；支干道通行亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。（2）主干道和支干道交替通行，主干道通行時(shí)間為30S, 支干道通行時(shí)間為20S，設(shè)計(jì)30S和20S的計(jì)時(shí)顯示電路。（3）主干道和支干道交替通行，每次有綠燈變成紅燈的過(guò)程要有5S的亮黃燈過(guò)渡過(guò)程。設(shè)計(jì)5S的計(jì)時(shí)顯示電路。（4） 用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管做信號(hào)燈。1.2 設(shè)計(jì)要求1.用Multisim仿真軟件仿真電路，并進(jìn)行調(diào)試；2.寫(xiě)出設(shè)計(jì)的全過(guò)程，附上有關(guān)電路圖和資料，最后有心得體會(huì)。3.附帶元器件及參數(shù)；2系統(tǒng)概述交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。 時(shí)間數(shù)字顯示脈

7、沖發(fā)生器時(shí)序電路 譯碼電路支干道信號(hào)燈主干道信號(hào)燈減計(jì)數(shù)器顯示譯碼電路 圖1 交通燈控制系統(tǒng)原理框架圖它主要由脈沖發(fā)生器、時(shí)序電路、譯碼電路、減計(jì)數(shù)器和顯示譯碼電路等部分組成。脈沖發(fā)生器是系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼電路輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作。減計(jì)數(shù)器和顯示譯碼電路共同實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示功能，其準(zhǔn)確的時(shí)間要由譯碼器輸出的四種狀態(tài)信號(hào)控制。譯碼電路和顯示譯碼電路是系統(tǒng)的主要部分，由它們控制信號(hào)燈和數(shù)碼管的工作。 兩方向車(chē)道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有4種，如圖2所示：A3=11A1=01A2=10A0=00主干道綠燈亮次干道紅燈亮30進(jìn)制減法器減一三十秒未到主干道黃燈亮

8、次干道紅閃爍5進(jìn)制減法器減一五秒未到主干道紅燈亮次干道綠燈亮20進(jìn)制減法器減一二十秒未到主干道紅燈閃爍次干道黃燈亮5進(jìn)制減法器減一五秒未到圖2 交通燈信號(hào)流程圖 表1 電路運(yùn)行狀態(tài)表信號(hào)狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車(chē)輛通行狀態(tài)數(shù)碼管狀態(tài)狀態(tài)1主：綠 支：紅主：通行 支：禁行30s倒計(jì)時(shí)狀態(tài)2主：黃 支：紅主：緩行 支：禁行5 s 倒計(jì)時(shí)狀態(tài)3主：紅 支：綠主：禁行 支：通行20s倒計(jì)時(shí)狀態(tài)4主：紅 支：黃主：禁行 支：緩行5 s 倒計(jì)時(shí)3單元電路的設(shè)計(jì)3.1秒脈沖發(fā)生 本設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器組成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生周期為1s的矩形波。根據(jù)下列公式計(jì)算 所以電路中兩個(gè)電阻的參數(shù)為47k，兩個(gè)電容器的參數(shù)為1

9、0uf。 圖3 脈沖信號(hào)發(fā)生器3.2 五倒計(jì)時(shí)減數(shù)電路的設(shè)計(jì)由74LS192N、DCD_HEX、74LS00N、方波發(fā)生器等組成。其中DCD_HEX是十六進(jìn)制的顯示管，74LS00N是或門(mén)，74LS192N的功能如下所述。具體電路見(jiàn)圖4。減數(shù)器的實(shí)現(xiàn)：根據(jù)74LS192N的特點(diǎn)，脈沖從DOWN端接入。置入0100后實(shí)現(xiàn)減數(shù)4=>0功能，當(dāng)減到數(shù)碼管顯示為零后，下一個(gè)狀態(tài)1001通過(guò)與門(mén)實(shí)現(xiàn)置數(shù)端為低電平，將0100置入。 圖4 五秒倒計(jì)時(shí)電路圖仿真圖74LS192N的引腳圖見(jiàn)圖5，真值表見(jiàn)圖6。 圖5 74LS192N的引腳圖 圖6 74LS192N的真值表功能敘述：74LS192N管腳

10、圖中，QA、QB、QC、QD為計(jì)數(shù)輸出端；DOWN為減脈沖輸入端，UP為加脈沖輸入端；CLR為清零端，當(dāng)該管腳為高電平時(shí)，輸出端清零，為0000；A、B、C、D用于為計(jì)數(shù)器預(yù)置初始計(jì)數(shù)值；LOAD端為置數(shù)端，低電平有效，輸出端分別為輸入端A、B、C、D的電平。BO用于輸出一個(gè)寬度等于減計(jì)數(shù)輸入的脈沖，用于級(jí)聯(lián)下級(jí)減計(jì)數(shù)，CO用于輸出一個(gè)寬度等于加計(jì)數(shù)輸入的脈沖，用于級(jí)聯(lián)下級(jí)加計(jì)數(shù)。3.3 二十秒倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)由74LS192N、DCD_HEX、方波發(fā)生器、74LS00N 組成。Multisim仿真電路圖見(jiàn)圖7。實(shí)現(xiàn)原理：由于是兩位數(shù)，需要兩個(gè)DCD_HEX來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，74LS192N也

11、需要兩個(gè)。如圖所示，低位芯片借位端BO連接高位的減脈沖輸入端DOWN，這樣可以實(shí)現(xiàn)借位。當(dāng)高位為0時(shí)，低位再次借位是，在那一瞬間高位出現(xiàn)9，而馬上由與非門(mén)置為1，低位出現(xiàn)9，實(shí)現(xiàn)數(shù)19=>0的20秒倒計(jì)時(shí)。加脈沖端UP端接高電平，清零端CLR接低電平。圖7 二十秒倒計(jì)時(shí)電路仿真圖3.4 三十進(jìn)制減數(shù)電路設(shè)計(jì)由74LS192N、DCD_HEX、方波發(fā)生器、74LS00N 組成。其實(shí)現(xiàn)原理同3.2。它們只不過(guò)置數(shù)端有所差異。3.2高位芯片置入0001，而在這高位芯片置入0010，實(shí)現(xiàn)29=>0的30秒倒計(jì)時(shí)。Multisim仿真電路圖見(jiàn)圖8。圖8 三十秒倒計(jì)時(shí)電路仿真圖3.5 狀態(tài)譯碼

12、電路的設(shè)計(jì)主、次干道上紅、黃、綠信號(hào)燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。真值表如下：狀態(tài)控制輸出主干道信號(hào)燈次干道信號(hào)燈00001100010101001010000111100010 表2 狀態(tài)譯碼電路設(shè)計(jì)原理由真值表得邏輯表達(dá)式如下：主干道紅黃綠燈： ； ； ；次干道紅黃綠燈： ； ； ； 3.6 交通燈狀態(tài)顯示電路的設(shè)計(jì)主要元件有：紅、黃、綠指示燈、74LS08N、74LS00N、74LS86N、電阻構(gòu)成。在設(shè)計(jì)中，我采用了彩色指示燈（或發(fā)光二極管）模擬交通燈，狀態(tài)譯碼器電路見(jiàn)下圖。 由3.3的信號(hào)燈真值表可知，兩個(gè)D觸發(fā)器在秒脈沖激勵(lì)下，產(chǎn)生00，01，10，11，四種狀態(tài)通過(guò)四個(gè)

13、與門(mén)，分別在四個(gè)狀態(tài)下輸出1000,0100,0010,0001四種情況，與紅綠燈的四種情況相對(duì)應(yīng)。狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4這四根線同一時(shí)間只有一個(gè)高電平，且在四個(gè)狀態(tài)線上依次循環(huán)。 具體如表3所示：表3狀態(tài)線電平表四根狀態(tài)線電平持續(xù)時(shí)間信號(hào)燈狀態(tài)狀態(tài)1100030s主：綠 支：紅狀態(tài)201005s主：黃 支：紅狀態(tài)3001020s主：紅 支：綠狀態(tài)400015s主：紅 支：黃根據(jù)信號(hào)燈邏輯表達(dá)式和上述原理，通過(guò)Multisim仿真得電路圖9：圖9 交通燈狀態(tài)顯示電路仿真圖3.7顯示譯碼電路 顯示譯碼電路采用兩片74LS48N芯片，具體接線如圖10所示：個(gè)位十位圖10 數(shù)碼管顯示電路4總原理圖

14、4.1最初原理圖11圖11 最初原理圖最初原理圖為將各部分電路在電路圖中的簡(jiǎn)單相加，四種狀態(tài)對(duì)應(yīng)四個(gè)倒計(jì)時(shí)電路，按狀態(tài)需要使四個(gè)倒計(jì)時(shí)電路分別運(yùn)行，該電路圖能實(shí)現(xiàn)要求的計(jì)數(shù)功能，但電路過(guò)于繁瑣，且共使用八個(gè)數(shù)碼管，不符合實(shí)際使用情況，故需對(duì)該電路圖進(jìn)行化簡(jiǎn)。4.2原理化簡(jiǎn) 圖12在之前的電路中，6片192分成4組，分別對(duì)應(yīng)4個(gè)狀態(tài)。在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中，我們擬用2片192和與之對(duì)應(yīng)的兩個(gè)數(shù)碼管依次顯示這四個(gè)狀態(tài)。在之前的分析中我們知道y1y2y3y4的輸出分別代表這四個(gè)狀態(tài)，所以我們發(fā)現(xiàn)不僅每次192的輸出信號(hào)會(huì)對(duì)四位狀態(tài)輸出進(jìn)行改變，同樣的也可以反過(guò)來(lái)，通過(guò)讓狀態(tài)輸出接ABCD來(lái)實(shí)現(xiàn)用每次狀態(tài)輸

15、出調(diào)節(jié)下次192運(yùn)行進(jìn)制的功能。需要注意的是，因?yàn)槊看螣粼谵D(zhuǎn)換會(huì)有一秒間隔，所以數(shù)碼管上顯示的數(shù)依次由29 /4/19/4減數(shù)到0。 Y1Y2Y3Y4與十位個(gè)位192所屬ABCD對(duì)應(yīng)如下表：狀態(tài)輸出十位個(gè)位Y1Y2Y3Y4DCBADCBA100000100100010000000100001000011001000100000100由此可知，十位個(gè)位的DCBA接法如下：十位：D，C均接地 B接Y1 A接Y3個(gè)位：B接地 D=A=Y1+Y3（化為與非形式）C=Y2+Y4（化為與非形式）重新連接電路圖如下：圖12 狀態(tài)仿真測(cè)試圖化簡(jiǎn)的重點(diǎn)在將四個(gè)倒計(jì)時(shí)電路合并到一個(gè)電路里面，在此處，使用四種狀態(tài)下

16、，四個(gè)與門(mén)對(duì)應(yīng)的1000,0100,0010,0001對(duì)兩片74LS192N的置數(shù)端分別進(jìn)行置數(shù)的交替，在一個(gè)循環(huán)里，十位分別是2,0,1,0即0010,0000,0001,0000的置數(shù)，個(gè)位分別是9,4,9,4即1001,0100,1001,0100的置數(shù)。4.3實(shí)際焊接圖13圖13 實(shí)際焊接圖之前各原理圖中有使用元器件內(nèi)部的各部分和實(shí)際不存在的原件，實(shí)際連接圖則需使用原件整體和實(shí)際中必須存在的元器件，且焊接時(shí)不能有懸空段，將原理圖中各部分整合后電路圖如上圖。5實(shí)物焊接圖13為為使焊接方便整理的最為接近實(shí)物的原理圖，故實(shí)物焊接按照?qǐng)D13中各器件管腳進(jìn)行接線，所發(fā)器材電路板中接地與接高電平交

17、錯(cuò)排列，嚴(yán)重影響焊錫連線，故采用引線連接。用于電路中線路較多，焊接時(shí)需極為注意線路的走向，避免焊接錯(cuò)誤導(dǎo)致電路無(wú)法完成實(shí)物。實(shí)物制作過(guò)程中恰逢各科考試之間，白天復(fù)習(xí)，晚上焊接，焊接過(guò)程前后耗時(shí)5天左右。6調(diào)試與檢測(cè)電子電路設(shè)計(jì)要考慮很多因素，用Multisim軟件模擬出來(lái)的只是理想情況，實(shí)際電路中會(huì)有各種意料之外的情況出現(xiàn)。加之元器件性能的延時(shí)、兼容性和其他性質(zhì)，以及許多人為因素的影響，一個(gè)組裝好的電子電路一般都要經(jīng)過(guò)調(diào)試才能正常工作。在調(diào)試過(guò)程中用的最多的儀器就是萬(wàn)用表。6.1調(diào)試方法電子電路調(diào)試方法有兩種：分塊調(diào)試和整體調(diào)試(1) 分塊調(diào)試法分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成幾個(gè)模塊，對(duì)每個(gè)模

18、塊分別進(jìn)行調(diào)試。分塊調(diào)試可以在小范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，易于解決。(2) 整體調(diào)試 此種方法是把整個(gè)電路組裝完畢后，不進(jìn)行分塊調(diào)試，實(shí)行一次性總調(diào)。6.2調(diào)試步驟（1）檢查電路，看是否有線路漏接錯(cuò)接。（2）接通電源觀察，看電路是否正常運(yùn)行。若有錯(cuò)誤就逐步進(jìn)行調(diào)試（3）看信號(hào)燈的閃爍情況及數(shù)碼管顯示情況，根據(jù)所出現(xiàn)的異常，先檢測(cè)與之相關(guān)的導(dǎo)線，再檢測(cè)極易出現(xiàn)問(wèn)題的相關(guān)芯片。6.3實(shí)物調(diào)試初次完成作品時(shí)，只有紅綠燈能夠閃爍，且不符合閃爍要求，對(duì)線路檢查后發(fā)現(xiàn)線路焊接沒(méi)有錯(cuò)誤，后對(duì)電路原理圖重新檢查并查閱相關(guān)資料，對(duì)原理圖中懸空的管腳進(jìn)行連線后對(duì)實(shí)物懸空管腳進(jìn)行焊接，查閱資料顯示數(shù)碼管需進(jìn)行限流處理，再加上

19、限流電阻后，紅綠燈閃爍正常，數(shù)碼管十位數(shù)字顯示正常，個(gè)位數(shù)字不顯示，后對(duì)器材進(jìn)行更換，電路顯示正常。7心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一月有余，是一次理論與實(shí)踐的結(jié)合，加強(qiáng)了我實(shí)際操作、思考和解決問(wèn)題的能力，覺(jué)得自己從中學(xué)到了很多東西。一直以來(lái)，自己都是只重視對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)于課本上的知識(shí)點(diǎn)可以說(shuō)嫻熟于心，但卻忽略了自己對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和動(dòng)手操作能力，剛拿到課題是真的有點(diǎn)不知應(yīng)該從何下手，后來(lái)通過(guò)對(duì)課本知識(shí)的一遍遍復(fù)習(xí)，和對(duì)課外相關(guān)資料的查閱，總算找到了解決的方向。理論設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)始只是想著使實(shí)際的方案能夠達(dá)到課程設(shè)計(jì)的要求，而沒(méi)有注意所設(shè)計(jì)方案的實(shí)際可操作性，于是有了上面使用六個(gè)192，六個(gè)數(shù)碼管的情況。對(duì)方案的化簡(jiǎn)則鍛煉了我們從不同的方向思考問(wèn)題的能力，從一個(gè)方向看繁瑣復(fù)雜，但換個(gè)角度問(wèn)題則變得簡(jiǎn)單有趣，對(duì)四個(gè)倒計(jì)時(shí)電路的化簡(jiǎn)使得電路整體看起來(lái)簡(jiǎn)練美觀，也有利于實(shí)際的焊接工作。課程設(shè)計(jì)做出實(shí)物來(lái)也是困難重重，按照仿真電路圖連好實(shí)物后，最開(kāi)始并不能出來(lái)所要達(dá)到的效果，然而實(shí)物線路繁雜，對(duì)照仿真圖檢查一遍發(fā)現(xiàn)并無(wú)錯(cuò)誤，便又