十字路口的交通灯控制电路设计_.docx

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1、设计任务书设计要求和技术指标1、技术指标：设计一个十字路口的交通灯掌握电路,每条道路上各配有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该道路制止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆制止通行，已过停车线的车辆连续通行；绿灯表示该道路允许通行。该电路自动掌握十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，实现十字路口自动化。2、设计要求（1） 要求甲车道和乙车道上的车辆交替运行，每秒通行时间为 25 秒种；（2） 要求黄灯先亮 5 秒种，才能变换车道；（3） 黄灯亮时要求每秒闪亮一次；（4） 要求绘出原理图，并用Protel 画出印制板图；（5） 依据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；（6

2、） 拟定测试方案和设计步骤；（7） 写出设计性报告。10名目一、引言3二、交通灯的组成4三、单元电路的设计81、秒脉冲发生器82、定时器83、掌握器104、译码器125. 交通信号灯146. 整个交通灯掌握系统的布局14四、PCB 板的制作151、原理图绘制152、PCB 图排线15五、焊接技术16六、仿真过程与效果分析20七、元器件清单23八、体会总结24九、鸣谢25十、参考文献26附录交通灯原理图整体布局引言数字电子技术根底是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术根底课程。这门课程进展快速、有用性和应用性强，侧重于规律行为的认知和验证。随着社会经济的进展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人

3、、车、路三者关系的协调，已成为交通治理部门需要解决的重要问题之一。城市交通掌握系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯掌握与交通疏导的计算机综合治理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成局部。同时也随着城市机动车量的不断增加，很多大城市如北京、上海、南京等消灭了交通超负荷运行的状况，因此，自 80 年月后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统争论和掌握，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也打算了城市高速道路的交通状况必定受高速道路与一般道路耦合处交通状况的制

4、约。所以，如何承受适宜的掌握方法，最大限度利用好消耗巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输治理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，本次设计完成的就是交通灯设计。以下就城乡交通灯掌握系统的电路原理、设计计算和试验调试等问题来进展具体分析争论。二交通灯的组成交通灯掌握系统的原理框图如图 12、1 所示。它主要由掌握器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等局部组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和掌握器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的掌握信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，掌握器是系统的主要局部，由它掌握定时器和译码器的工作。图中：TL: 表

5、示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25 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 5 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，由掌握器发出状态转换信号。由它掌握定时器开头下个工作状态的定时。图 12、1 交通灯掌握系统的原理框图状态 1支干道黄灯亮状态 0支干道绿灯亮两方向车道的交通灯的运行状态共有 4 种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以不考虑)，如图 1-2 所示状态 2主干道绿灯亮状态 3主干道黄灯亮图 1-2一般十字路口的交通灯掌握系统的工作过程如下：（1） 图甲车道绿灯亮，乙车

6、道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道制止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL 时，掌握器发出状态信号ST，转到下一工作状态。（2） 甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆连续通行，乙车道制止通行。黄灯亮足规定时间间隔 TY 时，掌握器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。（3） 甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道制止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL 时，掌握器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4） 甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道制止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停顿通行，已过停车线的车辆停顿通行，已过

7、停车线的车辆连续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY 时，掌握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掌握器器进展掌握的。设掌握器的四种状态编码为 00、01、11、10，并分别用 S0、S1、S3、S2 表示，则掌握器的工作状态及功能如下表所示。S000甲绿，乙红甲车道通行，乙车道制止通行S101甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道制止通行S211甲红，乙绿甲车道制止通行，乙车道通行S310甲红，乙黄甲车制止道通行，乙车道缓行掌握器状态信号灯状态车道运行状态12-3掌握器工作状态及其功能掌握器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的掌握信号。为简便起见，把灯的代号和

8、灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：AG=1：甲车道绿灯亮； BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车道黄灯亮； BY=1：乙车道黄灯亮； A R=1：甲车道红灯亮； BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的 ASM 图，如 图 12-2 所示。设掌握器的初始状态为S0用状态框表示S0，当S0 的持续时间小于 25 秒时，TL=0用推断框表示 TL，掌握器保持 S0 不变。只有当 S0 的持续时间等于 25 秒时，TL=1，掌握器发出状态转换信号 ST用条件输出框表示ST，并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂 ASM 图所表达的含义。12-2画出交通灯掌握器的ASMAlgorithmic

9、State Machine，算法状态机三单元电路的设计（1） 秒脉冲发生器脉冲信号发生器用的是 555 定时器构成多谐震荡器，震荡频率为： f=1.43/(R1+2R2)C电路图如以下图：秒脉冲产生器（2） 定时器定时器由与系统秒脉冲由上面时钟脉冲产生器供给同步的计数器构成，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，计数器从零开头进展增 1 计数，向掌握器提供模 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 74LS163 进展设计较简便。74LS163 是 4 位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163 的外引线排列

10、图和时序波形图如图 12、3 所示，其功能表如表 12、2 所示。图中， 是低电平有效的同步清零输入端， 是低电平有效才同步并行置数掌握端，CTp、CTT 是计 图 12、2 交通灯的 ASM 图数掌握端， CO 是进位输出端，D0D3 是并行数据输入端，Q0Q 3 是数据输出端。由两片 74LS163 级联组成的定时器电路如图 12、4 所示。74LS163 的外引线排列图74LS163 时序波形图表 12、2 74LS163 功能表定时器电路图（3） 掌握器掌握器是交通治理的核心，它应当能够依据交通治理规章掌握信号 灯工作状态的转换。从ASM 图可以列出掌握器的状态转换表，如表12、3 所

11、示。选用两个 D 触发器 FF1、FFO 做为时序存放器产生 4 种状态，掌握器状态转换的条件为 TL 和 TY，当掌握器处于 Q1n+1 Q0n+1 00 状态时，假设TL 0，则掌握器保持在00 状态；假设， 则掌握器转换到 Q1n+1Q0n+1 01 状态。这两种状况与条件 TY 无关，所以用无关项“X“表示。其余状况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。表 12、3 掌握器状态转换表依据表 12、3、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

12、相或， 即可得到下面的方程：依据以上方程，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Q1n、Q0n加到 74LS153 的数据选择输入端作为掌握信号即可实现掌握器的功能。掌握器的规律图如图 12、5 所示。图中R、C 构成上电复位电路 。图 12、5 掌握器规律图(4译码器译码器的主要任务是将掌握器的输出 Q1、 Q0 的 4 种工作状态， 翻译成甲、乙车道上 6 个信号灯的工作状态。掌握器的状态编码与信号灯掌握信号之间的关系如表 12、4 所示。状态AG AY ARBG BY BR表 12、4 掌握器状态编码与信号灯关系表0010000101010001

13、1000110011001010由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CP 脉冲，一局部送给了定时器的 74LS163 芯片，另一局部送给了掌握器的74LS74 芯片。在脉冲ST 同时加到定时器 74LS163 芯片的状况下，通过芯片 74LS00 将会输出TY。T/Y/；TL。T/L/。即TY 和T/Y/放大的结果是秒脉冲的5 倍；TL 和 T/L/放大的结果是秒脉冲的 25 倍。前者输出的信号是后者的 1/5。将定时器输出的TY。T/Y/；TL。T/L/分别作用于掌握器的芯片 74LS153 中，在CP 脉冲置于芯片 74LS74 中会输出凹凸变化的电平。掌握器中的信号在送给由芯片 74LS00

14、 组成的译码器后再通过电路中的指示灯和 100 欧的电阻从而得到交通灯的规律电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪耀来实现。以下图为译码器局部的规律图(5) 交通信号灯六个发光二极管(留意二极管的极性)(6) 整个交通灯掌握系统的布局见副表四. PCB 的制作1. 原理图的绘制把副表的原理图在Protel99 中绘制出来。2. PCB 的排线五. 焊接技术5.1 导线的焊接：导线焊接在电子产品装配中占有重要位置。实践中觉察，消灭故障的电子产品中，导线焊点的失效率高于印制电路板，有必要对导线的焊接工艺赐予特别的重视。1. 焊接操作姿势与卫生焊剂挥发出的化学物质对人体有害的，假设操作时鼻子距烙铁

15、头太近，则很简洁将有害气体吸入。一般烙头距鼻子至少不少于30cm， 通常 400cm 以上为宜。电烙铁拿法有几种，一般在操作台上焊接电路板时多承受握笔法。使用烙铁要配置烙铁架，电烙铁使用之后要稳妥放于烙铁架上，留意导线等物不要碰触烙铁头。由于焊锡丝成分中，铅占肯定比例，众所周知铅是对人体有害的重金属，因此操作时应戴手套或操作后洗手，避开将其食入。2. 焊接的根本操作(1) 焊件外表处理手工烙铁焊接中遇到的焊件是各种各样的电子元件和导线，除非在规模生产条件下使用“保鲜期”内的电子元件，一般状况下遇到的焊件往往都需要进展外表清理工作，去除焊接面上的锈迹、油污、灰尘等影响焊接质量的杂质。手工操作常用

16、机械刮磨和酒精、丙酮擦洗等简洁易行的方法。(2) 预焊预焊就是将要锡焊的元器件引线或导线的焊接部位预先用焊锡润湿，一般也称为镀锡，上锡，搪锡等。称此过程为“预焊”是准确的， 由于其过程和机理都是锡焊的全过程焊料润湿焊件外表，靠金属的集中形成结合层后而使焊件外表“镀”上一层焊锡。其实预焊并不是锡焊必不行少的步骤，但在手工焊接特别是修理，调试，研制工作中预焊可以提高产品的质量和牢靠性。如图 13 所示：（3） 要用过量的焊剂适量的焊剂是必不行 少的，但绝不是越多越好。过量的松香不仅造成焊后 焊点四周难以清洁，而且延长了焊接时间松图 13 元件的引脚与预焊 香溶化、挥发会带走热量，降低工作效率；而当

17、加热时间缺乏时又简洁夹杂到焊锡中形成 “夹渣”缺陷；对开关元件的焊接，过量的焊剂简洁流到触点处，造成接触不良。适宜的焊剂量应当是仅能浸湿将要形成的焊点。对使用松香芯的焊锡丝来说，根本不需要再涂焊剂。（4） 持烙铁头的清洁由于焊接时烙铁长期处于高温状态，又接触焊剂等受热分解的物质，其外表很简洁氧化而形成一层黑色杂质，这些杂志几乎形成隔热层，使烙铁头失去加热作用。因此要随时在烙铁架上蹭去杂志。用一块湿布或湿海绵随时擦烙铁头，也是常用的方法。（5） 热要靠焊锡桥非流水线作业中，一次焊接的焊点是多种多样的，我们不行能不断换烙铁头。要提高烙铁头加热的效率，需要形成热量传递的焊锡桥。所谓焊锡桥，就是靠烙铁

18、上保存少量焊锡作为加热时烙铁头与焊件之间传热的桥梁。明显由于金属液的导热效率远高于空气，而使焊件很快被加热到焊接温度如图 14。应留意作为焊锡桥的锡保存不行过多。图 14焊锡桥作用（6） 焊锡量要适宜过量的焊锡不但毫无必要地消耗了较贵的焊锡，而且增加了焊接时间，相应降低了工作速度。更为严峻的是在高密度的电路中，过量的锡很简洁造成不易觉察的短路。但是焊锡过少不能形成结实的结 合，降低焊点强度，特别是在电路板上焊导线时，焊锡缺乏往往造成导线脱落，如图 15 所示。（7） 元件要固定在焊锡凝固之前不要使焊件移动或震惊，特别是用镊子夹住焊件时肯定要等焊锡凝固再移去镊子。这是由于焊锡凝固过程是结晶过 程

19、。依据结晶原理，在结晶期间受到外力焊件移动会转变结晶条件，导致晶体粗大，造成所谓“冷焊”。外观现象是外表无光泽呈豆渣状；焊点内部构造疏松，简洁有气隙和裂缝，造成焊点强度过低， 导电性能差。因此在焊锡凝固前肯定要保持焊件静止。实际操作时可以用各种适宜的方法将焊件固定，或使用牢靠的夹持措施。5.2 印制电路板的焊接焊接印制板，除遵循锡焊要领外，以下几点须特别留意：1 电烙铁，一般应选内热式2035W 或调温式，烙铁的温度不超过 300的为宜。烙铁头外形应分局印制板焊盘大小承受凿形或锥形，目前印制板进展趋势是小型密集化，因此一般常用小型圆锥烙铁头。（2） 加热方法，加热时应尽量使烙铁头同时接触印制板

20、上铜箔和元器件引线图七。对较大的焊盘直径大于 5mm焊接时可移动烙铁，即烙铁绕焊盘转动，以免长时间停留一点导致局部过热，如图八所示。图十八金属化孔的焊接 3（3） 金属化孔的焊接，两层以上电路板的孔都要进展金属化处理。焊接时不仅要让焊料润湿焊盘，而且孔内也要润湿填充。因此金属化孔加热时间应长于单面板。（4） 焊接时不要用烙铁头摩擦焊盘的方法增加焊料润湿性能， 而要靠外表清理和预焊。（5） 耐热性差的元器件应使用工具关心散热图十八。5.1.1. 焊后处理（1） 剪去多余引线，留意不要对焊点施加剪切力以外的其他力。（2） 检查印制板上全部元器件引线焊点 ，修补缺陷。（3） 依据工艺要求选择清洗液清

21、洗印制板。一般状况下使用松香焊剂后印制板不用清洗。电路试调六 仿真过程与效果分析电路连接完后，要进展调试，以检测是否到达要求。实践说明，一个电子装置，即使依据设计的电路参数进展安装往往也难于到达预期效果。这是由于人们在设计时，不行能周全地考虑各种简单的客观问题，必需通过安装后的测试和调整，来觉察和订正设计方案的缺乏。然后实行措施加以改进，使装置到达预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。调试前的检查电子安装完毕，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先要认真检查。其检查内容包括：（1） 连线是否正确检

22、查的方法通常有两种方法：a.依据电路图检查安装的线路这种方法的特点是依据电路图连线，按肯定挨次安装好的线路，这样比较简洁查出哪里有错误。依据实际线路来比照原理图电路进展查线这是一种以元件为中心进展查线的方法。把每个元件引脚的线一次查清，检查每个去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还简洁查出多线。为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“欧姆 1”挡，或数字万用表“欧姆挡”的蜂鸣器来测量，可直接测量元、器件引脚，这样可以同时觉察接触不良的地方。元器件的安装状况检查元器件引脚之间有无短路和接触不良，尤其是电源和地脚，发光二极管“+”、“-”极不要

23、接反。调试方法与原则通电观看把经过准确测量的电源接入电路。观看有无特别现象，包括有无元件发热，甚至冒烟有异味电源是否有短路现象等；如有此现象，应马上断电源，待排解故障后才能通电。一步对电路参数提出合理的修正。调试中留意的事项为了保证效果，必需减小测量误差，提高测量精度。为此，需留意以下几点：（1） 正确使用测量仪器的接地端（2） 测量电压所用仪器的输入端阻抗必需远大于被测处的等效阻抗。由于，假设测量仪器输入阻抗小，则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。（3） 仪器的带宽必需大于被测电路的带宽。要正确选择测量点。（4） 用同一台测量仪进展测量进，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。

24、（5） 调试过程中，不但要认真观看和测量，还要于记录。记录的内容包括试验条件，观看的现象，测量的数据，波形和相位关系等。只有有了大量的牢靠试验记录并与理论结果加以比较，才能觉察电路设计上的问题，完善设计方案。（6） 调试时消灭故障，要认真查找故障缘由，切不行一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重安装。由于重安装的线路仍可能存在各种问题。我们应当认真检查.调试结果是否正确，很大程度受测量正确与否和测量精度的影响。对于本交通灯来说，只要不消灭特别的现象，一般不需要调试， 直接进展测量。测试电路中线路是否接通同上用万用表的欧姆档，测试每一组的连通的线，将两表笔接到被测的一组线的起始线和末端线的两端，看电

25、阻是否为零，假设是零， 则证明是通的；假设是无穷大，则证明中间有线是短开的，则要一根一根的检查该组的没一根线，直到查出为止。通电后的测试（1） 测试电源用万用表的直流电压档，测试输入电源的电压，看是否到达额定电压本产品为+5V，假设不是，则换电源。（2） 测试芯片的电源输入端同上用万用表的直流电压档，测试芯片的接地端与接电源端的点呀，看是否到达芯片的额定电压本产品所用的芯片都是+5V，假设不是，则检查其线路是否接错。操作说明1、依据题目的要求，整个交通灯掌握系统需要有 个时间显示器， 6个交通信号灯。但由于芯片没有,只有用试验室的示波器来看秒脉冲时间。2、翻开总开关，便可以进展交通灯掌握系统的

26、仿真，电路默认把通车时间设为 25 秒，翻开总开关，东西方向车道的绿灯亮；南北方向车道的红灯亮，示波器，显示时间为 25 秒，然后黄灯以每一秒的速度闪亮，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。再过 4 秒后，电路又转换成预置的 25 秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红灯。如此循环下去。具体时间见以下图：绿灯南北黄灯红灯绿灯东西黄灯红灯时间S100000250100014001100001010交通灯校验时间图七元器件清单集成电路 74LS741 片74LS101 片74LS091 片74LS15

27、32 片74LS1633 片74LS001 片74LS041 片N5551 片芯片座假设干电容10F ,0.01F ,1F ,0.1F 各一支电阻47K两个1K 一个发光二极管6个PCB 板一块通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的 力量。电路原理和连接，和芯片上的选择 ,也略懂。稳固数字规律电路的理论学问， 方案总共只用了八个芯片，对 163 计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使DJ 触发器从书本上的理论学问联系到实际 ,让我更加了解它的功能.还有如何利用 555 芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理。更重要的是如何将规律电路敏捷运用于实际生活。同时也加 强了PCB 板的制

28、作，使之更加很好的利用 Protel 99；协作的重要性。我沉得做课程设计同时也是对课本学问的稳固和加 强，寻常看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计， 那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比方一 些芯片的功能，寻常看课本，这次看了，下次就忘了，主要 是由于没有动手实践过吧！生疏来源于实践，实践是生疏的 动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小 的课程设计，对我们的作用是如此之大。九.鸣谢本次关于简易交通灯的设计与制作是在俞斌教师以及其他辅导教师的细心指导下，和同组内其他成员的共同沟通下才得以顺当完成。经过本次设计把我在大学学习数电年来所学的理论学问转化为实际应用，既熬炼了我们的实际操作力量，又使理论学问得以加强和升华，激发了创意识。同时也要感谢衡阳远达公司，为我们供给电子元器件。特别感谢与我同组的两为组员，在工作中我们乐观协作、勇于创。通过本次设计使我们自身的动手力量得到了很大的提高，使我们走出了实践的盲区，为以后的毕业设计及工作后的动手打下了坚实的根底。最终感谢学院为我们供给了难得的时机。再次感谢各位教师和同学们的帮 助!十参考文献1数字电子技术试验讲义湖南工学院2. 电子技术根底-模拟局部高等教育出版社3. 555 集成电路有用电路集高等教育出版社4 TTL 集成电路应用机械工业出版社5 CMOS 集成电路国防工业出版社