交通红绿灯课程设计(16页).doc

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1、-交通红绿灯课程设计-第 7 页 南华大学电气工程学院 电子技术课程设计任务书设计题目： 交通红绿灯 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名: 学 号: 起迄日期: 2013 年9月30日 2014年1月3日 指导教师: 电子技术课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一题目：交通红绿灯二目的：本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。三设计任务与指标： 应用模拟数字电子技术，设计一个十字路口交通管理器，其技术指标与要求如下：1）主干道方向通行，支干道方向禁止通行，历时1min。2）主干道方向禁止通行，支干道方向仍然禁止通行，历时

2、10s。3）主干道方向禁止通行，支干道方向通行，历时1min。4）主干道方向仍然禁止通行，支干道方向停车，历时10s。5）之后又返回到第一步循环。设计要求：（1）针对题目的要求，查阅相关资料提出设计方案；（2）画出系统能表示各单元功能的整机原理框图；（3）设计相应的单元电路，说明电路的工作原理，并确定元器件的参数，要求有计算过程；（4）组装、制作印刷板实物，调试或仿真电路，记录调试过程，实验数据，并分析仿真结果；（5）写出设计说明书，内容包括方案选择、单元电路设计、元件选择、整体电路、电路工作原理，仿真结果分析等，并列出元器件清单；（6）绘制总的系统电路图和PCB图。2对课程设计成果的要求包括

3、图表（或实物）等硬件要求：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：1 康华光. 电子技术基础（模拟部分）第五版M. 北京：高等教育出版社，20062 康华光. 电子技术基础（数字部分）第五版M. 北京：高等教育出版社，20063 中国集成电路大全编写委员会. 中国集成电路大全集成运算放大器M. 北京：国防工业出版社，19854 孙梅生，李梅莺，徐搌英. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教育出版社，19

4、895 彭介华. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教育出版社，19974课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容1明确设计任务，根据任务进行方案选择，画出系统框图。2对方案中的各部分进行单元电路的设计，参数计算和器件选择。完成单元电路的仿真。3将各部分连接，画出完整的系统原理电路图。完成仿真。4绘制电路原理图、PCB板、元器件装配图。调试电路5013.12.05201撰写、修改设计说明书。设计说明书定稿主指导教师日期： 2013 年 9 月 30 日 目录1 概述1 1.1 设计任务及指标1 1.2 总体设计1 1.3 仿真32 电路设计 2.1 单元电路设计32.1.1 秒

5、脉冲电路设计3 2.1.2定时器3 2.1.3 控制电路5 2.1.4 译码及显示电路7 2.2 总电路图及实物图82.3 材料清单 83 结论104 心得与体会105 参考文献116 附录121 概述1.1 设计任务及指标：设计十字路口的交通灯控制管理器要求如下：（1）主干道方向通行和支干道方向禁止通行，历时1min。 （2）主干道方向禁止通行和支干道方向仍然禁止通行，历时10s。 （3）主干道方向禁止通行和支干道方向通行，历时1min。（4）主干道方向仍然禁止通行和支干道方向停车，历时10s 之后又返回到第一步循环。 1.2 总体设计 交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由控制器

6、、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中： TL: 表示主道或支路车道绿灯亮的时间间隔为60秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。 TY：表示黄灯亮的时间间隔为10秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 图1-1 系统原理框图 （1）主车道绿灯亮，支路车道红灯亮。表示主车道上的车辆允许通

7、行，支路车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。 （2）支路车道黄灯亮，支路车道红灯亮。表示主车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，支路车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 （3）主车道红灯亮，支路车道绿灯亮。表示主车道禁止通行，支路车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 （4）主车道红灯亮，支路车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，支路车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮

8、足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1、2所示，控制器应送出甲、支路车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下表1-2规定： 表1-2 系统状态表控制状态信号灯状态车道运行状态时间S0（00）甲绿、乙红主车道通行，支路车道禁止通行60sS1（01） 甲黄、乙红主车道禁止通行，支路车道禁止通行10sS3（11）甲红、乙绿主车道禁止通行，支路车道通

9、行60sS2（10）甲红，乙黄主车道禁止通行，支路车道禁止通行10s图1-2画出了控制器上述4种状态转换图： S4 S3 S1 S2 图1-2 交通灯状态转换图1.3 仿真 采用的是Multisim 10 File软件进行电路仿真，仿真电路图见附录图3-12 电路设计2.1 单元电路设计2.1.1 秒脉冲电路设计秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，因为该电路的输出脉冲的周期T0.7(R1+2R2)C,若T=1s，令C=10f，R1=39K,那么R251K。取一固定电阻47K与一个5K的电位器想串联代替电阻R2。在调试电路时，调节电位器RP ,使输出脉冲周期为1s。 图2-1 秒脉冲信号

10、发生器电路图2.1.2定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160功能表如表2-1所示。 表中RD是低电平有效的同步清零输入端，LD是低电平有效才同步并行置数控制端，EP、ET是计 图1-3 交通灯的控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。设计如图2-

11、2表2-1 74ls160功能表CLK RD LD EP ET工作状态XXX 01111X0111 X X X X 0 1 X 0 1 1置零预置数 保持保持（C=0） 计数CLK 图2-1 交通灯定时器其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。U01的11和14经过与非门后可得到10秒信号TY。.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时TY才得到一个低电平。U02的12和14相与后再与U01的11和14相与非得到60秒信号TL。由控制器发出的ST信号经非门控制两个74ls1060的置数，即相当于清零。2

12、.1.3 控制电路控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的状态转换表，如表2-2所示。选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。表2-2控制器状态转换表 根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变

13、量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。74ls153功能表如表2-3所示，74ls47功能表如表2-4所示。 表2-3 74ls153功能表 表2-4 74ls47功能表 控制器原理图如图2-3所示。由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现00，01，10，11，4种状态的相互交换。当状态为S1（00）时，即0秒时U1

14、0选择0和TY非输出即00，U11输出TY非，当60秒时TY变为1，此时U10输出01，U11输出ST=0，计数器重新计数。74ls74触发器状态换为01，U10选择输出TL非和TL，即01状态变为S2（01）。10秒后TL和TL非变为10，U10输出10，触发器输出10，状态变为S3（10），此时U10输出ST=0，计数器重新计数。再过60秒TY非=1，U10输出11，触发器输出11，状态变为S4（11）,此时U11输出ST=0，计数器重新计数。再过10秒TL=0，U10输出00，触发器输出00，状态变为S1，U11输出ST=0，计数器重新计数。系统完成一个循环。 图2-3 控制电路图2.1

15、.4 译码及显示灯电路码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q2的4种工作状态，翻译成甲、支路车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表2-7所示。表中1表示灯亮，0表示灯不亮表2-7 红绿灯状态表Q1 Q21甲绿灯2甲黄灯3甲红灯4乙绿灯5乙黄灯 6乙红灯0 01000010 10100011 00011001 1001010 上述功能可由74ls08来实现，通过Q1，Q2，Q1非，Q2经过不同的组合可得到高电平使灯发亮。其电路图如图2-4。Q1非Q2非Q2Q1 图2-4译码器及显示灯电路图2.2.1 总电路图见附录图3-12.2.2 PCB图见附录图3-2

16、2.2.3 实物图 见附录序号器件名称数量备注1 74ls1602 十进制计数器274LS041反向器374LS082二输入与门474LS101三输入与非门5 74ls1532 双数据选择器674ls471双D触发器7 74ls001二输入与非门8 NE5551555芯片9 LED灯6红绿黄各2个10 5K欧电位器111 47k欧电阻112 39k欧电阻113 电容210uf，10nf各一个3 结论3.1 能实现的功能 交通灯的状态转换，能实现基本功能。3.2 不足之处 无数字显示，无转弯指示灯。4 心得与体会 通过这一个星期的课程设计，我发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的

17、实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。本次课程设计也巩固和加深了我对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。同时，我的动手能力得到了很大的提升。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计确实很辛苦，但苦中仍有乐。虽然过程中经历了种种失败，但最后做出来时真的非常开心。我相信这次的课程设计的经历是我宝贵的经验。参考文献1 康华光. 电子技术基础（模拟部分）第五版M. 北京：高等教育出版社，20062 康华光. 电子技术基础（数字部分）第五版M. 北京：高等教育出版社，20063 中国集成电路大全编写委员会. 中国集成电路大全集成运算放大器M. 北京：国防工业出版社，19854 孙梅生，李梅莺，徐搌英. 电子技术基础课程设计M. 北京：高等教育出版社，1989附录1 系统仿真图 图3-1 系统仿真图2 总电路图 图3-1 交通灯电路图3 PCB图 图3-2 总电路pcb图4 实物图