交通信号灯控制器.pdf

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1、目录 一、设计原理及框图3 二、单元电路设计 4 状态控制器设计 4 交通灯状态显示及置数控制电路 6 交通灯定时电路及总电路图 7 三.安装调试步骤10 四.电路故障分析及电路改进11 五.总结与设计心得12 六.附录14 七.参考文献15 八.课程设计评分表16 一、设计原理及框图 根据设计要求,设计一个交通灯信号控制器,主、支干道交替通行,主干道每次放行 60 秒,支干道放行 60 秒,绿灯亮表示通行,红灯表示停止;每次绿灯变红时黄灯先亮5 秒;该交通灯控制系统的组成框图如图 1 所示;状态控制器主要记录交通灯的工作状态,通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯,秒信号发生器产生整个定时系统

2、的时间脉冲,通过减法计数器对秒脉冲减计数,达到每一种工作状态持续时间;减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换,同时状态译码器根据系统下一个工作状态决定下一次减计数的初始值;减法计数器的状态由bcd译码器译码,数码管显示;图 1 其中秒信号发生器由 555 定时器及电容、电阻、电感组成,减译码 显示 主干道灯 支干道灯 秒信号 状态译码器 减法计数器 状态控制器 置数控制 法计数器所用芯片为同步十进制计数器 74192,状态译码器为74138,状态控制器为同步十进制加法器 74160,显示器为四段共阴极显示器,所有的器件功能都可以在电子技术基础实验查找;二、单元电路设计 1、状态控制器设计

3、 根据设计要求,各信号灯工作顺序流程如图 2,信号灯四种不同状态分别用S0 主干道绿灯亮,支干道红灯亮,S1主干道黄灯亮,支干道还是红灯,S2主干道红灯亮,支干道绿灯亮,S3主干道还红灯亮,支干道黄灯亮表示,其状态编码及状态转换图如图 3 所示;南北向红灯亮,东西向黄灯亮 5 秒 南北向红灯亮,东西向绿灯亮 30 秒 南北向黄灯亮,东西向红灯亮 5 秒 南北向绿灯亮,东西向红灯亮 60 秒 图 2 S1=01 S0=00 S3=11 S2=10 图 3 根据上述流程图和状态转换图,我们可以用一个两位十进制计数器实现,如 74160,再用一个 3 线 8 线译码器 74138 译码器与显示电路相

4、连;电路图如下;其中 74160 的 CLK 接受来自减法计数器的借位输出,74138的Y0、Y1、Y2、Y3 去置数和控制信号灯的状态;当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲,经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化,从而控制整个系统,其中 74160 的QA,QB端经过一个与非门接其置数端,当 QA,QB同时为 1 时,计数器置数回到0,从而控制电路的状态循环,同时QA,QB 的变化经过译码器 74138 后控制整个电路及交通灯的循环;2、交通灯状态显示及置数控制电路 整个交通灯状态分为四部,真值表与状态如图 4;主、支干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决

5、定;用 1 表示灯亮;用 0 表示灯不亮;信号灯信号真值表 状态控制器输出 主干道信号灯 支干道信号灯 Y0 Y1 Y2 Y3 R 红 Y 黄 G 绿 r 红 y 黄 g 绿 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 图 4 由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：G=Y0 Y1Y2Y3 Y=Y0Y1 Y2Y3 R=Y0Y1Y2 Y3+Y0Y1Y2Y3 g=Y0Y1Y2 Y3 y=Y0Y1Y2Y3 r=Y0 Y1Y2Y3+Y0Y1 Y2Y3 据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出

6、交通灯信号控制图,如图 5 所示;图 5 交通灯状态显示电路图 其中最左端四个非门输入由上而下分别为 Y0、Y1、Y2、Y3;而 Y 0Y1 Y2 Y3 又是译码器 74138 的四个输出,所以受状态控制电路的控制;由于译码器输出是低有效,所以都接了非门使其变成高电平;这样就可以很好的控制交通灯的显示;3、交通灯定时电路及总电路图 根据设计要求交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时器,以完成主干道 60 秒,5秒,30秒,支干道 60 秒,30秒,5秒的定时任务;该定时器由 4 片 74192 构成的二位十进制可预置数减法计数器完成；时间状态由带译码器的 led数码管对减法计数器进

7、行译码显示；预置到减法计数器的时间常数,通过状态控制电路的译码器 74138 的输出端 Y0、Y1、Y2、Y3 经过与非门、非门等组合逻辑来完成的;当状态控制器 74160 的输出 QAQB=00时经过译码器 74138 后此时的输出为 Y0Y1Y2Y3=0111,经过非门以后变成Y0 Y1 Y2 Y3 =1000 此时只有 Y0 对置数有效,同理,状态控制器状态变化时,置数也跟着变化,而状态控制器的脉冲恰好来自减法计数器的借位端,这样就形成了置数的循环控制;实现了交通的定时循环系统;其实交通的定时系统分为 4 部,主干道为 60 秒、5 秒、30 秒、0 秒,对应支干道为 60 秒、0 秒、

8、30 秒、5 秒;正好用译码器的四个输出端 Y0Y1Y2Y3来控制,因为 Y0Y1Y2Y3为低有效所以经过非门后 只有其中一个端口有效置数,真值表可以简单的画成图 6 的模式 交通灯定时显示真值表 74138 状态输出 74192 输入端口 DCBA DCBA DCBA DCBA Y0=1 OO11 OOO1 OO11 O11O Y1=1 OOOO O1O1 OOOO OOOO Y2=1 OOO1 1OOO OOO1 OO11 Y3=1 OOOO OOOO OOOO O1O1 图 6 根据真值表可以直接确定 Y0Y1Y2Y3的接法,从而得到以下 交通灯的显示定时电路图,以及交通灯总电路图;交通

9、灯定时电路图 交通灯总电路图 三、安装、调试步骤 1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求,仿真图要尽可能的清晰,特别是线多的地方注意不要重叠,所以要仔细看清每条线的走向;并确定仿真图中的元器件是否在学校实验中心可以找到;若不能则要重新修改电路图;要 2、按照仿真图,到实验中心领取所需的元器件,注意,领器件时记得多领一两个备用,3、测验设备,领到器件和实验箱后,首先检查实验箱的各个部件是否完好,特别是显示管,因为显示管特别容易烧坏,再测验一下芯片插槽是否连结完好,第三,测线,用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好,第四,测验芯片,按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作,不能工作的要

10、及时向老师调换;4、排版、接线,首先,根据仿真图上各器件的位置,排好所要用的芯片,注意尽可能的排得合理,稀松,因为我们所用的芯片插板先对比较小的,且电路比较复杂;第二,接线时应该一个一个模块接,接好后依次检查,切忌接完所有电路时在检查,那样一旦接错检查就非常困难;5、调试,当接完所有的线后,打开电源,调试、验证电路是否符合要求;6、验收,当电路完全符合要求且正确时,可让指导老师验收并考虑做拓展功能;四、电路故障分析及电路改进 故障一：在做仿真时,完全按照真值表画置数显示电路图,画好后发现,理论上该显示31 秒,36秒,5秒的,却显示 21 秒,26秒,5秒;高位普遍小 1;而低位正常;分析：可

11、能是同步二进制计数器 74192 置数进位时,在仿真软件中与实际存在差距;这时只要把真值表高位加 1,如把 31 置成41,把 36 置数成 46,再连电路图则可得到想要的结果;注意在连接实物图时又要改过来;故障二：在连接好电路图后发现,所置的数并不是所要的数,计数器倒计时到 0 后,便不动了,分析：可能是减法计数器的置数连接错误,且与借位端相连的控制状态电路端接触不好;仿真软件与实际存在差异,如实际中当某个芯片的管脚悬空时,系统默认为高电平 1;在我们所用的仿真软件 EWB512中却默认为 0;这就直接影响置数的结果;以及高有效的控制端;五、总结与设计调试心得 开始,我对课程设计还是非常感兴

12、趣的,因为新鲜嘛,后来,当我听周老师介绍完课程设计要求后,我脑子一片空白,本来我数字电子技术就学的一般,现在就要设计,真是着急万分,散会后,我直接就去了图书管,一连借了 5 本跟我设计有关的书,花了三天时间,我仔细研究了书上的设计思路与原理,我发现有些书上的思路过于复杂,而有些书上的却过于原始,三天时间,我摸清了交通灯控制系统的大概思路后,第四天,我开始自己做,真是看别人做容易,自己做却步履维艰啊,一连两天,我都没完全设计好我的电路图,总是感觉置数有问题,最后,我询问了好些同学才知道,在做仿真时有些芯片的功能与实际是不一样的,如仿真中,芯片管脚悬空为低电平0;而实际中却为高电平1;经过多方求教

13、,第一周末,我总算做好了我的仿真图,时间非常紧迫,第二周星期一,我就领了器件,马不停蹄的做了起来,由于着急,我连器件都没测就开始了,做了一天一连接两次线,都没把电路连接正确,我开始怀疑导线与器件是否完好;没办法,我又把线全拆了,把导线和芯片都测了一遍,确保无误后才开始;功夫不负有心人哪,终于在第二周的星期四把电路接好了,并通过了老师的验收;经过这两周的课程设计,我感觉非常的累,这也许是我读大学以来最累的两周了,因为我这两周在尽我最大的努力在搞学习,虽然效率不高,但我确实在做,我有几个中午都没吃饭,着急啊,没办法,都是被时间逼出来的;这两周我确实学到了很多东西,如会用仿真软件了,也学到了许多芯片

14、的功能如：74192、74125、74151等等,通过这次设计,我学到了如何做设计的基本框架,也知道了理论与实际其实有很大的区别,如在仿真作出的电路图,在实际中不一定行的通,在连电路实物图时,有很多的不确定因素,如导线的接触是否完好啊,接触电阻是否过大啊,以及外界电磁对电路脉冲的影响啊;以及芯片插槽是否连结完好等;但有一点可以确定,那就是只要你用心去做,你一定会受益匪浅,一定会成功;六、附录 1、实验器件清单 实验箱 1 个 同步十进制加减法计数器 741924 个 同步十进制加法计数器 741601 个 3 线 8 线译码器 741381 个 非门 74lSL042个 与非门 74SL002

15、 个 或门 74SL322 个 与门 74SL081 个 555 定时器 1 个 共阴极显示管 4 个 指示灯 7 个 电容 2 个 电阻 2 个 导线若干 七、参考文献 数字电子技术基础阎石 编 第五版 电子电路设计与实践姚福安 编 电子设计线路与应用臧春华 编 电子技术基础实验陈大钦 编 第二版 八课程设计成绩评分表 项 目 评 价 设计方案的合理性与创造性 硬件制作或软件编程完成情况 硬件制作测试或软件调试结果 设计说明书质量 设计图纸质量 答辩汇报的条理性和独立见解 答辩中对所提问题的回答情况 完成任务的情况 独立工作能力 组织纪律性出勤率 综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标号项目是硬件制作或软件编程类课题必填类容；此表装订在课程设计说明书的最后一页;课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、平分表、附件非 16K 大小的图纸及程序清单;