交通灯设计及仿真.doc
. .目 录目 录11 选题背景31.1 指导思想31.2 方案论证31.3 根本设计任务41.4 发挥设计任务41.5 电路特点42 电路设计42.1 总体方框图42.2 工作原理53 各主要电路及部件工作原理53.1 555秒脉冲电路简要说明53.2 控制电路简要说明63.3 计时电路简要说明73.4 显示电路简要说明83.4.1 74LS138简要说明83.4.2 显示电路设计说明84 原理总图95 元器件清单106 调试过程及测试数据106.1 通电前检查106.2 通电检查106.2.1 NE555单元电路的调试106.2.2 计数电路模块的调试116.2.3发光二极管的调试126.3 结果分析137 小结148 设计体会及今后的改良意见148.1 体会148.2 本方案特点及存在的问题158.3 改良意见15参 考 文 献16正 文1 选题背景随着经济的突飞猛进和人们生活水平的提高，现如今几乎家家户户都有了自己的小汽车。如何保证交通平安这一问题也变的尤其的突出，传统的人力指挥已经满足不了当今的现状。电子交通控制灯可以适应各种不同的要求，同时也节约大量的人力物力，使交通指挥有效而简便。1.1 指导思想交通灯控制显示电路主要可分成时序电路，计时电路，控制电路，显示电路四局部。时序电路产生秒脉冲，用555定时器来实现。计时电路分别给出45秒，5秒，25秒，5秒的信号，用74LS160实现计时功能。控制电路控制计时电路的四种不同情况。显示电路通过二极管显示灯显示主、支干道的情况。1.2 方案论证方案一：利用555产生秒脉冲。由设计要求可知，计时电路需产生45s，5s，25s, 5s四种不同的计数方式，共80s。用一片74LS161产生5进制数，使第二片74LS161分成16个状态，每个状态5s。利用门电路将16个状态分成四种情况：a) 第1至第9个状态共45sb) 第10个状态5sc) 第11至第15个状态共25sd) 第16个状态5s把上述四种情况分别送给JK触发器，使其产生00，01 ，10，11四个状态，将四个状态送74LS138译码后经显示电路显示。a) 主干道：绿灯a、黄灯b、红灯c与d b) 支干道：绿灯c、黄灯d、红灯a与b特点：设计巧妙利用了161的16个状态,使设计要求的四个状态合理分配。方案二：利用555作为秒脉冲，用两片74LS160做并联清零分别做成45s、5s、25s、5s四种不同的计数方式，且每次的清零信号同时给另一片74LS160作为脉冲信号让其计数，使其产生00，01 ，10，11四个状态，然后通过74LS138形成四种不同的情况，分别为Y045s、Y15s、Y225s、Y35s,经显示电路显示。a) 主干道：绿灯Y0、黄灯Y1、红灯Y2与Y3 b) 支干道：绿灯Y2、黄灯Y3、红灯Y0与Y1特点：思路明确简单易懂综合比照方案一与方案二：方案一相对元器件数目种类较少，焊接方便，但运行不稳定；方案二运行稳定且调试方便。综合比照选择方案二作为设计方案。1.3 根本设计任务设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道集合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮制止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮那么停顿行驶给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外。具体要求如下：a) 用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。b) 主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。c) 在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。1.4 发挥设计任务为了观察方便和准确计时，加一个数码显示电路，显示计数值。1.5 电路特点利用555作为秒脉冲，两片74LS160做并联清零分别做成45s、5s、25s、5s四种不同的计数方式，且每次的清零信号同时给另一片74LS160作为脉冲信号让其计数，使其产生00，01 ，10，11四个状态，然后通过74LS138形成四种不同的情况，分别为Y045s、Y15s、Y225s、Y35s，思路简单易懂，却运行稳定。2 电路设计2.1 总体方框图控 制 电 路计 时 电 路显 示 电 路时 序 电 路图2 总体方框图2.2 工作原理a) 时序电路：由555定时器构成，提供秒脉冲信号。b) 计时电路：由两片74LS160并联清零构成，依次从0计时到45，清零；从0计时到5，清零；从0计时到25，清零；从0计时到5，清零，循环进展。c) 控制电路：利用74LS04、74LS10、74LS21、74LS20将每次的清零信号同时送给另一片74LS160作为脉冲信号让其计数，使其产生00，01 ，10，11四个状态。d) 显示电路：利用74LS160产生00，01 ，10，11的四个状态，控制74LS138形成四种不同的情况，分别为Y045s、Y15s、Y225s、Y35s,经二极管显。e) 主干道：绿灯Y0、黄灯Y1、红灯Y2与Y3；支干道：绿灯Y2、黄灯Y3、红灯Y0与Y13 各主要电路及部件工作原理3.1 555秒脉冲电路简要说明3.1.1 NE555内部构造图3-1-1 NE555内部构造3.1.2 NE555数据计算设占空比q=2/3 C=47F C1=0.01F T=1s，利用公式： q=(R1+R2)/(R1+2R2) (3-1-2-1) T=(R1+2R2)*C*ln2 (3-1-2-2)解得：R1=R2=10K 图3-1-2-3 555单稳态触发电路说明：该555秒脉冲电路产生占空比为66.7%的方波。3.2 控制电路简要说明图3-2 控制电路说明：控制电路通过74HC04、74HC20、74HC10、74HC21门电路控制计数电路的清零信号，当计数电路从0开场计数到45时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零。然后当计数电路在从0计数到5时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零。再当计数电路从0计数到25时，控制电路产生低电平的清零信号同时使计数电路清零如此循环产生低电平的清零信号。3.3 计时电路简要说明3.3.1 74LS160简要说明图3-3-1 74LS160引脚图3.3.2 计时电路设计说明图3-3-2 计时电路说明：计时电路由两片74LS160并联清零构成，首先从0计数到45，然后清零在从0计数到5，再清零从0计数到25，清零如此循环计数。3.4 显示电路简要说明3.4.1 74LS138简要说明3-4-1-1 74LS138引脚图3-4-2-2 74LS138的功能表3.4.2 显示电路设计说明说明：显示电路通过74LS138、Y1、Y2、Y3的四个状态输出来控制主干道和支干道的六个二极管，主干道：绿灯Y0、黄灯Y1、红灯Y2与Y3；支干道：绿灯Y2、黄灯Y3、红灯Y0与Y1。由设计要求知：a) 当主干道为绿灯(计数电路从0计数到45，译码器的Y0有效)和黄灯(计数电路从0计数到5，译码器的Y1有效)时，支干道要求一直为红灯，此时通过74LS32来实现支干道在前50s时一直为红灯。b) 当支干道为绿灯(计数电路从0计数到25，译码器的Y2有效)和黄灯(计数电路从0计数到5，译码器的Y3有效)时，主干道要求一直为红灯，此时通过74LS32来实现主干道在后30s时一直为红灯。74LS138 译 码 器图3-4-2 显示电路4 原理总图图4 交通信号灯工作原理图器件名称数量器件名称数量NE555174LS20174LS160374LS32174HC138174LS21174HC041开 关174HC101电阻(300)6电解电容(47uF)1瓷片电容(0.01uF)1电阻(10k)2电 源(5V)15 元器件清单表格 5-16 调试过程及测试数据为使电路便于调试采用分块调试的方法。6.1 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路各局部接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。6.2 通电检查6.2.1 NE555单元电路的调试断开其他单元,用示波器观察NE555电路out输出端图形如下：图6-2-1 555输出波形图观察示波器显示满足秒脉冲要求，并产生占空比为66.7%的方波，满足设计任务要求，说明该模块正确可行。6.2.2 计数电路模块的调试a) 45秒测试图6-2-2-1 主干道绿灯45s调试b) 5秒测试图6-2-2-2 主干道黄灯5s调试c) 25秒测试图6-2-2-3 支干道绿灯25s调试d) 5秒测试图6-2-2-4 支干道黄灯5s调试经测试各时间段，满足设计任务要求，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。满足设计说明该模块正确可行。6.2.3发光二极管的调试表6-2-3-1 发光二极管显示时间表支干道红灯(50s)黄灯(5s)绿灯(25s)主干道绿灯(45s)黄灯(5s)红灯(30s)图6-2-3-2 支路红灯、主路绿灯亮 图6-2-3-3 支路红灯、主路黄灯亮图6-2-3-4 主路红灯、支路绿灯亮 图6-2-3-5 主路红灯、支路黄灯亮各时间段亮灯情况如上图所示，观察亮灯情况及亮灯顺序，主干道由绿灯变为黄灯再变为红灯，支干道由红灯变为绿灯再变为黄灯。说明各个显示二极管正常显示，且显示顺序满足设计任务要求。6.3 结果分析把各模块按总体方框图组合并接通电源后，开关关闭，共阴数码显像管的显示顺序如下列图所示主干道黄灯亮支干道红灯亮主干道由绿变为黄灯主干道绿灯亮支干道红灯亮主干道红灯亮支干道绿灯亮主干道红灯亮支干道黄灯亮支干道由绿变为黄灯图6-3 数码显示及亮灯变换开关闭合后：a) 数码显示为0，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，45s后计数电路清零。b) 45s后计数电路清零的同时数码显示为0，主干道由绿灯变为黄灯，支干道依然为红灯，持续5s。c) 持续5s后计数电路清零，数码显示为0，且主干道由黄灯变为红灯，支干道由红灯变为绿灯，持续25s。d) 持续25s后计数电路清零，数码显示为0，同时主干道依然为红灯，支干道由绿灯变为黄灯，持续5s。e) 持续5s后计数电路清零，数码显示为0，同时主干道由红灯变为绿灯，支干道由黄灯变为灯黄灯。电路如上述且周期为80s循环进展，满足设计任务要求。7 小结通过实验调试和数据测试，各个局部均满足以下设计要求和数据要求： a)用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。 b)主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。 c)在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。 总体来说，交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道集合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮制止通行，绿灯亮且允许通行，黄灯亮那么停顿行驶给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外。8设计体会及今后的改良意见8.1 体会a) 通过设计电路，查阅资料的同时也可以学习更多以前不懂得知识，掌握各个元器件的根本参数测量和引脚功能作用，同时可以通过思考用不同电路形式实现一样功能作用，更好的掌握各种芯片的功能作用和应用。b) 通过绘制电路原理图，可以学习并掌握Multisim软件的根本应用和操作。c) 通过焊接实物，可以掌握焊接的根本知识和考前须知。d) 通过调试和测量数据参数，可以更好的掌握各种测量仪器的应用和功能。8.2 本方案特点及存在的问题特点：思路清晰，按题目要求通过四种状态来组合三种亮灯情况。存在问题：应用TTL门电路元器件过多，使焊接不方便。没有倒计时显示数码管。8.3 改良意见可以通过减法芯片74LS192或74LS190实现倒计时，通过74LS48或CD4511连接数码显示管显示倒计时。参 考 文 献【1】 阎石.数字电子技术根底.清华大学.高等教育.2021【2】 党宏社.电路、电子技术实验与电子实训.电子工业.2021. .word.
