交通信號(hào)燈電路設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)

1、1 設(shè)計(jì)任務(wù)書在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行； 黃燈亮表示該條道路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；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下：1）主干道方向通行，支干道方向禁止通行，歷時(shí)1min。2）主干道方向禁止通行，支干道方向仍然禁止通行，歷時(shí)3s 3）主干道方向禁止通行，支干道方向通行，歷時(shí)30s。4）主干道方向

2、仍然禁止通行，支干道方向禁止通行，歷時(shí)3s 之后又返回到第一步循環(huán)。2 目錄一、交通燈設(shè)計(jì)原理 3二、單元電路的設(shè)計(jì).7 1、秒脈沖發(fā)生器.72、倒計(jì)時(shí)電路83、狀態(tài)控制電路 .9 4、顯示電路. 10 5. 整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局.11三、仿真過程與效果分析14 四、元器件清單. 17 五、體會(huì)總結(jié). .17 六、參考文獻(xiàn). . 19 3 一交通燈設(shè)計(jì)原理交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1 所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(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， 控制器是系統(tǒng)的主要部分，

3、由它控制定時(shí)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(shí)間間隔，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到， tl=1，否則， tl=0。ty ：表示黃燈亮的時(shí)間間隔。 定時(shí)時(shí)間到，ty=1 ，否則，ty=0 。st ：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。圖 1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖4 兩方向車道的交通燈的運(yùn)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 所示一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下：（1）圖甲車道綠燈亮，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

4、亮足規(guī)定的時(shí)間隔tl 時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào) st ，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）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(shí)間間隔ty時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)st，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。狀態(tài) 0 支干道綠燈亮狀態(tài) 1 支干道黃燈亮狀態(tài) 2 主干道綠燈亮狀態(tài) 3 主干道黃燈亮圖 2 5 （3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔tl 時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) st，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止

5、通行，已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(shí)間間隔ty時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)st ，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（ 1）種工作狀態(tài)。交通燈以上 4 種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用 s0、s1、s2、s3表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示。控制器狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)s0（00）s1（01）s2（11）s3（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 1 控制器工作狀態(tài)及其功能控制器應(yīng)送出甲、

6、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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；6 by=1 ：乙車道黃燈亮； ar=1：甲車道紅燈亮； br=1：乙車道紅燈亮二單元電路的設(shè)計(jì)1 時(shí)序脈沖產(chǎn)生a) 電路原理圖時(shí)序脈沖產(chǎn)生電路原理圖b) 功能說明時(shí)序電路是數(shù)字系統(tǒng)不可缺少的一個(gè)重要組成部分，因?yàn)閿?shù)字電路只有在時(shí)鐘電路的驅(qū)動(dòng)下才可正常工作。根據(jù)應(yīng)用場合的不同， 不同數(shù)字電路選擇使用不同類型的時(shí)鐘發(fā)生器。因?yàn)榻煌艨刂葡到y(tǒng)的秒信號(hào)精度不高，故選用555 定時(shí)器。c) 所需器件555 芯片一個(gè)7 51k 、39k電

7、阻各一個(gè) 10uf 、0.01uf電容器各一個(gè)2倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路b) 功能說明倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路主要由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，它在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用是實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)， 在此我選用減法計(jì)數(shù)器， 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)說明計(jì)時(shí)時(shí)間可預(yù)設(shè)，所以需要可預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器， 綜合以上要求， 采用 74ls192 。當(dāng)交通燈控制系統(tǒng)開始工作時(shí)， 該部分電路將實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換功能。首先，將數(shù)碼管顯示一路綠燈的預(yù)值 （63 秒），預(yù)值：0110，0011；當(dāng)其減到 3 時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生借位，此時(shí)綠燈滅。直到此綠燈再次亮?xí)r，重復(fù)上述轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。將綠燈的輸出接到芯片的ld端，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)， cr端置 0；cpd 接 1hz的脈沖信

8、號(hào)。 q3 、q2 、q1 、q0端分別接顯示 74ls48的 a3、a2、a1、a0端。c) 所需器件74ls192 計(jì)數(shù)器8 d) 芯片引腳圖3狀態(tài)控制電路a) 電路原理圖狀態(tài)控制電路原理圖b) 功能說明74160為同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于一片計(jì)數(shù)器不能滿足要求，故我們選擇兩片 74160串聯(lián)，構(gòu)成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)ep=1 ，et=1 ，rd =1,ld=1, 計(jì)數(shù)器隨脈沖信號(hào)從0 開始計(jì)數(shù)，將輸出信號(hào)端通過一個(gè)與門相接，接到綠燈1，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到 59 時(shí)，送給黃燈一脈沖；9 當(dāng)計(jì)數(shù)器為 62 時(shí)，送給紅燈脈沖。然后，紅黃綠燈獲得脈沖信號(hào)后，倒計(jì)時(shí)器開始工作，分別計(jì)時(shí)相應(yīng)的秒數(shù)。c) 所需器

9、件74160同步十制計(jì)數(shù)器4顯示電路a) 電路原理圖b) 功能說明74ls48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器。它具有集電極開路輸出結(jié)構(gòu)，可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。 因此， 我選用 74ls48來實(shí)現(xiàn)此部分功能。將 74ls48的 4 個(gè)輸入端 a3、a2、a1、a0分別與計(jì)數(shù)器 74ls192的輸出端 q3 、q2 、q1 、q0相接，再將它的 7 個(gè)輸出端接到數(shù)碼管對(duì)10 應(yīng)的引腳上， 用來控制七段 led顯示器的 7 個(gè)發(fā)光段。 通過各芯片的綜合使用，來實(shí)現(xiàn)顯示功能。c) 所需器件 74ls48 -七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器 led 數(shù)碼顯示器d) 芯片引腳圖5. 整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的

10、布局11 12 13 三 仿真過程與效果分析電路試調(diào)電路連接完后，要進(jìn)行調(diào)試，以檢測是否達(dá)到要求。實(shí)踐表明， 一個(gè)電子裝置， 即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝往往也難于達(dá)到預(yù)期效果。 這是因?yàn)槿藗冊(cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)， 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(jì)方案的不足。 然后采取措施加以改進(jìn)， 使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對(duì)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(hào)發(fā)生器。調(diào)試前的檢查電子安裝完畢， 通常不宜急于通電， 要形成這種習(xí)慣， 先要仔細(xì)檢查。其檢查內(nèi)容包括：（1） 連線是否正確檢查的方法

11、通常有兩種方法：a. 按照電路圖檢查安裝的線路這種方法的特點(diǎn)是根據(jù)電路圖連線，按一定順序安裝好的線路， 這樣比較容易查出哪里有錯(cuò)誤。按照實(shí)際線路來對(duì)照原理圖電路進(jìn)行查線這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個(gè)元件引腳的線一次查清，檢查每個(gè)去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯(cuò)線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯(cuò)， 對(duì)于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆1”擋，或數(shù)字萬用表“歐姆擋”的蜂鳴器來測量，可直接測量元、器件引腳，這樣可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。元器件的安裝情況檢查元器件引腳之間有無短路和接觸不良，尤其是電源和地腳， 發(fā)光二極管“ +” 、 “- ”

12、極不要接反。調(diào)試方法與原則通電觀察把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路。觀察有無異常現(xiàn)象， 包括有無元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能通電。一步對(duì)電路參數(shù)提出合理的修正。調(diào)試中注意的事項(xiàng)14 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(diǎn)：（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(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。因?yàn)?，若測量儀器輸入阻抗小， 則在測量時(shí)會(huì)引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。（3） 儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點(diǎn)。（4） 用同一臺(tái)測量儀進(jìn)行測量進(jìn)，測量點(diǎn)不同，儀器內(nèi)阻引起的誤

13、差大小將不同。（5） 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，還要于記錄。記錄的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問題，完善設(shè)計(jì)方案。（6） 調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障，要認(rèn)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?yàn)橹匦掳惭b的線路仍可能存在各種問題。我們應(yīng)該認(rèn)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(duì)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(jìn)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

14、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。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(dá)到額定電壓（本產(chǎn)品為 +5v ） ，如果不是，則換電源。（2）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(diǎn)呀，看是否達(dá)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(cuò)。15 操作說明1、根據(jù)題目的要求，整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)需要有4 個(gè)時(shí)間顯示器， 6個(gè)交通信號(hào)燈。但由于芯片沒有, 只有用實(shí)驗(yàn)室的示波器來看秒

15、脈沖時(shí)間。2、打開總開關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為 60（30）秒，打開總開關(guān)，數(shù)碼管此時(shí)顯示60（30）秒，東西方向車道的綠燈亮； 南北方向車道的紅燈亮， 直到數(shù)碼管顯示時(shí)間為 01 秒，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。再過3 秒后，數(shù)碼管顯示01，電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30（60）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轉(zhuǎn)換為綠燈?？傊?， 96 秒為一個(gè)周期，開始時(shí)顯示60，一路綠燈和另一路紅燈亮，直到減到 01，跳為一路黃燈閃和另一路紅燈不變，直到減到 1；然后置數(shù) 30，一路紅燈和另一路綠燈，直到減到01，跳為一路紅燈不變和另一路黃燈閃

16、，直到減到 1，然后置數(shù) 60，如此往復(fù)。16 四元器件清單實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160 2 片計(jì)數(shù)器 74ls192 4片 74ls48 4片震蕩芯片 555 1片 51k、36k、3k電阻器各一個(gè) 10uf、0.01uf電容器各一個(gè) led 4個(gè)五體會(huì)心得通過這次課程設(shè)計(jì)， 不僅加深了我對(duì)數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強(qiáng)了我獨(dú)立思考和合作交流及動(dòng)手能力。通過對(duì)設(shè)計(jì)中的每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)鞏固了對(duì)理論知識(shí)的掌握，而且感覺實(shí)踐和理論并非同一回事，比如在設(shè)計(jì) 555 脈沖電路時(shí)， 對(duì)電路的連接和電阻電容完全正確的情況下，產(chǎn)生卻非想要的 1hz的矩形波， 后來查到要將電阻電容的的引腳接的盡量短才得到

17、較為理想的脈沖，但是無論怎么接還是跟理17 論有一定差距的，深深的認(rèn)識(shí)的多動(dòng)手的重要性。在這次實(shí)踐中， 加強(qiáng)了對(duì)各種元器件的認(rèn)識(shí)， 比如電解電容引腳長的為正極等， 同時(shí)使更加熟練了焊接技術(shù)。 還認(rèn)識(shí)到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以是自己設(shè)計(jì)出更好更簡潔的電路，而且能使自己少走彎路， 分享彼此在實(shí)踐中中的遇到的問題，還可以使自己學(xué)到更多，對(duì)問題理解的更加透徹。 比如剛開始時(shí)自己設(shè)計(jì)的電路用的元器件較多， 看多同學(xué)的設(shè)計(jì)后， 突然感覺的自己多用了兩個(gè)可以不用器件，在這次設(shè)計(jì)中自己還加深了分頻的重要性，以及，畫電路圖時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用不僅可以少連很多線，關(guān)鍵是讓自己的電路的邏輯一目了然。通過本次實(shí)踐，感覺自己收獲最大的就是用萬用表耐心的檢查自己焊接不小心電路留下的錯(cuò)誤，開始時(shí)我找錯(cuò)誤是用很笨的方法，看著實(shí)物連接對(duì)著原理圖每條每個(gè)端點(diǎn)的檢查哪里接錯(cuò)花了很長時(shí)