電子技術課程設計報告--交通燈控制系統(tǒng)　

1、<p>　　交通信號燈控制系統(tǒng)設計報告</p><p><b>　　一．實驗目的</b></p><p>　　掌握綜合應用數(shù)電理論知識和中規(guī)模集成電路設計方法</p><p>　　掌握調(diào)試及電路主要技術指標的測試方法。</p><p>　　3 了解交通燈管理的基本工作原理。</p><p&

2、gt;　　二、交通燈控制器任務及要求</p><p>　　1、能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠的指示狀態(tài)</p><p>　　用兩組紅、黃、綠三色燈作為兩個方向的紅、黃、綠燈。</p><p>　　2、能實現(xiàn)正常的到計時功能</p><p>　　用兩組數(shù)碼管作為東西和南北方向的到計時顯示，主干道每次放行（綠燈）60秒，支干道每次放

3、行（綠燈）45秒，在每次由綠燈變成紅燈的轉(zhuǎn)換過程中，要亮黃燈5秒作為過渡。</p><p>　　3、能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能（選做）</p><p>　?。?〉按sl鍵后，能實現(xiàn)特殊狀態(tài)功能：</p><p>　　（2）顯示到計時的兩組數(shù)碼管閃爍；</p><p>　?。?）計數(shù)器停止計數(shù)并保持在原來的狀態(tài)：</p><p&g

4、t;　?。?）東西、南北、路口均顯示紅燈狀態(tài)：</p><p>　?。?）特殊狀態(tài)解除后能繼續(xù)計數(shù)。</p><p>　　4、能實現(xiàn)總體清零功能：按下該鍵后，系統(tǒng)實現(xiàn)總清零，計數(shù)器由初始狀態(tài)計數(shù)，對應狀態(tài)的指示燈亮。</p><p>　　5、完成電路全部設計后，通過實驗箱驗證設計課題的正確性。</p><p>　　三．比較和優(yōu)選設計方案 &l

5、t;/p><p>　　1．方案1：利用單片機來設計 </p><p>　　1） 顯示界面 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能。 完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案雖只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，但是完全勝任題目要求。 2）輸入 ：題目要求系統(tǒng)能手動設燈亮時間、緊急情況處理。直接在IO口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用四個按鍵，分別是K1、K

6、2、K3、K4。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用。</p><p><b>　　3）輸出：</b></p><p>　　控制發(fā)光二極管，來表示紅綠燈的亮滅，及山爍。</p><p>　　系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、鍵盤、LED 顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。方案2： 利用中規(guī)模集成芯片

7、來實現(xiàn)。其中信號燈的亮滅有三種可選方案：</p><p>　　利用74LS161：</p><p><b>　　利用存儲器：</b></p><p><b>　　利用扭環(huán)循環(huán)控制。</b></p><p>　　方案選擇：由于這次實驗是電工電子實驗。利用方案1不太滿足要求。方案2中利用扭環(huán)循環(huán)控制信號

8、燈的亮滅，不容易實現(xiàn)特殊功能狀態(tài)；利用存儲器需要對芯片編碼，有時會出現(xiàn)編碼混亂的情況，這樣會造成電路檢測的不便。因此選用161控制信號燈的亮滅，較為合適。</p><p>　　四．系統(tǒng)框圖及說明： </p><p>　　1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖 </p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如下圖所示。它主要由計時電路、主控電路、信號</p>

9、<p>　　燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號發(fā)生器組成。脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器；計時計數(shù)器是由74LS192來完成、輸出四組驅(qū)動信號T0和T3經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器(4片7448)來控制數(shù)碼顯示器顯示，主控電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號燈轉(zhuǎn)換器的工作。</p><p><b>　　2、信號燈轉(zhuǎn)換器 </b></p><p>　　兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種

10、</p><p><b>　　，如圖1-2所示</b></p><p>　　信號燈狀態(tài)與車道運行狀態(tài)如下： </p><p>　　S0：支干道車道的綠燈亮，車道通行，主干道 車道的紅燈亮，車道禁止通行。</p><p>　　S1：支干道車道的黃燈亮，車道緩行，主干道 車道的紅燈亮，車道禁止通行。</p>&

11、lt;p>　　S2：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，主干道 車道的綠燈亮，車道通行。</p><p>　　S3：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，主干道 車道的黃燈亮，車道緩行。 </p><p>　　G1=1：主干道綠燈亮</p><p>　　Y1=1：主干道車道黃燈亮 </p><p>　　R1=1：主干道車道紅燈亮，</p

12、><p>　　G2=1：支干道車道綠燈亮 </p><p>　　Y2=1：支干道車道黃燈亮 </p><p>　　R2=1：支干道車道紅燈亮， </p><p>　　顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器?？刹捎弥幸?guī)模集成計數(shù)器74LS161加法計數(shù)器構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖1-4。</p><p>　　圖1-4 用中規(guī)模集成計數(shù)

13、器74LS161構(gòu)成狀態(tài)控制器</p><p>　　表一 74LS161的功能表</p><p><b>　　狀態(tài)譯碼器的設計</b></p><p>　　主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關系見真值表1。對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。</p><p>　　表

14、1-2 狀態(tài)編碼與信號燈關系表</p><p><b>　　電路接法如下：</b></p><p>　　現(xiàn)選擇半導體發(fā)光二極管模擬交通燈， 門電路輸出高電平時，點亮相應的發(fā)光二極管。</p><p>　　4．主干道計時電路 </p><p>　　1)原理：通過74LS192(2片) 采用串行異步整體置數(shù)級連和下一個

15、狀態(tài)的相應控制來分別實現(xiàn)60秒、5秒、50秒。通過7448（2片）譯碼器和數(shù)碼管的連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。 </p><p>　　2).原器件的選擇及參數(shù)： </p><p>　　若選集成計數(shù)器74LS192（2片），采用異步整體置數(shù)。譯碼器7448（2片）、7段數(shù)碼管（2個）等。</p><p>　　表1-3 7448狀態(tài)表 </p><

16、;p>　　注：本系統(tǒng)設計用的是74LS192計數(shù)器（0-9），因此7447的后面幾個狀態(tài)沒必要寫出。</p><p>　　表1-4狀態(tài)編碼與時間關系表</p><p>　　3).電路接法如下：</p><p>　　注：此分電路很重要、尤其在對時間的控制上、紅燈顯示時間=支干道綠燈顯示時間+支干道黃燈顯示時間、否則會出現(xiàn)交通混亂現(xiàn)象。另外、3個開關（s1,s2,

17、s3）在分圖的連接中作為選擇時間，而在總圖中，應該連接到相應的顯示燈上。</p><p>　　5． 支干道計時電路 </p><p><b>　　1)原理： </b></p><p>　　通過74LS192(2片) 采用串行異步整體置數(shù)級連和下一個狀態(tài)的相應控制來</p><p>　　分別實現(xiàn)45秒、5秒、65秒。通過7

18、448（2片）譯碼器 </p><p>　　和數(shù)碼管的連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。 </p><p>　　2).原器件的選擇及參數(shù)： </p><p>　　若選集成計數(shù)器74192（2片），采用異步整體置數(shù)。譯碼器7448（2片）、7段數(shù)碼管（2個）等?；旧吓c主干道計時電路一樣。</p><p>　　3).電路接法如下：</p&g

19、t;<p><b>　　注意： </b></p><p>　　十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀</p><p>　　地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然</p><p>　　后以每秒減1，計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為 “０”，</p><p>　　十字路口綠、黃、紅燈變

20、換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步</p><p><b>　　某方向的工作循環(huán)。</b></p><p>　　倒計時顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值。</p><p>　　預置數(shù)（即車的通行時間）功能：紅綠燈接 </p><p>　　分別接十位數(shù)74192芯片的D、C、B、A端和個位數(shù)74

21、192芯片</p><p>　　的D、C、B、A端。 </p><p><b>　　6．.秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　產(chǎn)生秒信號的電路有多種形式，由于電路對脈沖的精確度要求不是很高而晶體振蕩需要分頻,所以圖7是利用555定時器組成的秒信號發(fā)生器。因為該電路輸出脈沖的周期為：。若T=1S，令C=10，R1=39K，則。取固定電阻與的

22、電位器相串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時，調(diào)試電位器RP，使輸出脈沖為1s。</p><p>　　表三 555定時器的功能表</p><p>　　圖8 秒脈沖發(fā)生器原理圖</p><p><b>　　7.定時系統(tǒng)</b></p><p>　　本次設計需要設定45，65，5，50，60秒五個不同的時間，由于74LS19

23、2本身具有異步置數(shù)的功能，所以本次設計直接利用狀態(tài)控制器的脈沖，用主支干道的信號進行置數(shù)，節(jié)省了信號的傳輸時間。</p><p>　　表四 減法計數(shù)器74LS192的功能表</p><p>　　圖9 減法計數(shù)器的置數(shù)示意圖</p><p><b>　　計數(shù)器的置數(shù)示意圖</b></p><p>　　8.數(shù)字譯碼管的

24、顯示電路</p><p>　　本次設計采用74LS48共陰極驅(qū)動數(shù)碼管，節(jié)省了電阻的使用。</p><p>　　9.緊急狀態(tài)運行電路</p><p>　　在任何情況下按下緊急開關，四個方向的交通燈只有紅燈亮，并且數(shù)碼管停止倒計時，整個系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)。彈開開關，交通信號系統(tǒng)恢復正常，數(shù)字顯示繼續(xù)倒計時計數(shù)。</p><p>　　原理分析：緊急

25、開關的有效端直接接入紅燈二極管的陰極，其他燈分別接入與非門控制。另一端通過與門接入倒計時74LS192的減計數(shù)脈沖輸入端，控制芯片的工作狀態(tài)。</p><p>　　10．整個交通燈控制系統(tǒng)的布局</p><p>　　五、調(diào)試過程實現(xiàn)及設計功能實現(xiàn) </p><p>　　1、根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有4個時間顯示器，6個交通燈。但由于每2個時間顯示器是

26、由同一個倒計時計數(shù)器控制， 為了簡化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1個時間顯示器。 </p><p>　　2．在做實驗之前，我便把電路圖接好了。實驗時，先檢查需要的元件是否齊全。并了解熟悉工具的使用。</p><p>　　3．檢測元器件是否可以使用。為了避免整個電路圖連好后檢測的困難，我們通過邊連接邊檢測的方法，這樣可以做到每一塊的電路連接的成功。為以后的檢測提供了良好的條件。<

27、/p><p>　　4．有時因為芯片的端口接線的不正確，使檢測時一時不知問題出在哪里，后經(jīng)過仔細檢查，才發(fā)現(xiàn)問題。</p><p>　　5本來我想的是74LS161芯片的輸出端的00-01-10-11狀態(tài)分別控制主干道綠燈、黃燈、紅燈、紅燈。但是測試的時候總是不能實現(xiàn)綠燈亮60s黃燈亮5s的狀態(tài)。后來發(fā)現(xiàn)是74LS192的置數(shù)允許端的信號置前于74LS161芯片的脈沖端。最后，只有改變信號燈的控

28、制狀態(tài)了。用74LS161芯片的輸出端的00-01-10-11狀態(tài)分別控制主干道紅燈、綠燈、黃燈、紅燈。支干道也是同理的改變了原來的接法。</p><p>　　6原來使用2個LS192的八個輸出端接或門控制置數(shù)端，后來發(fā)現(xiàn)可以利用該芯片的借位輸出端接或門來實現(xiàn)不同的進制狀態(tài)。節(jié)省了不少的連線。</p><p>　　7由于實驗板上有點脈沖輸出，我們便借用了一下，從而輕易的實現(xiàn)了系統(tǒng)的清零功能

29、。</p><p><b>　　六、結(jié)果分析</b></p><p>　?。?）實驗時，有時輕微的震動會引起數(shù)碼管的顯示發(fā)生變化，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)是電線或是芯片沒有接好。接好后，系統(tǒng)能夠正常工作。</p><p>　?。?）由于在連接時我們便在一直檢測著電路，因此線路接好后的檢測很順利。檢測后發(fā)現(xiàn)我們的系統(tǒng)完全能夠達到實驗的要求。</p>

30、;<p><b>　　七、心得體會 </b></p><p>　　1、通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我總共想過兩個方案，另一個方案弄了兩天，結(jié)果總是實現(xiàn)不了題目的要求。所以我又花了一天的時間做出這個方案，這個相對另一個方案比較簡單，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。 </p><p>　　2、在設計過程，經(jīng)常會

31、遇到這樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。所以這幾天不管是吃飯還是睡覺，腦子里總是想著如何解決這些問題，如何想出更好的連接方法。不過說也奇怪，整天想著這些問題，腦子和身體卻一點都不會覺得累?；蛟S是那種渴望得到知識的欲念</p><p>　　把疲勞趕到九宵云外去了吧！ </p><p>　　3、我覺得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本

32、時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平 時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。故一個小小的課程設計，對我們的作用是如此之大。</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　1電子技術基礎

33、(數(shù)字部分),康華光主編.第四版 .北京:高等教育出版社.</p><p>　　2數(shù)字邏輯電路設計與實驗,繩廣基編著. 上海交通大學出版社,</p><p>　　3電子技術基礎課程設計 ,粱宗善 . 華中理工大學出版社 </p><p>　　4電子技術基礎實驗與課程設計,高吉祥主編. 電子工業(yè)出版社</p><p>