電工課程設(shè)計----交通信號燈原理設(shè)計

1、<p>　　電子與電工技術(shù)課程設(shè)計</p><p><b>　　實</b></p><p><b>　　驗</b></p><p><b>　　報</b></p><p><b>　　告</b></p><p>　　題目：

2、交通信號燈控制電路設(shè)計</p><p><b>　　專業(yè)： </b></p><p><b>　　班級： </b></p><p><b>　　學(xué)號：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b

3、>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　時間：</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p>　　為了確保十字路口的車輛順利通過，往往采用自動控制的交通燈信號燈來進(jìn)行指揮。</p><p>　　（1）其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通

4、行；</p><p>　?。?）黃燈（Y）亮表示停車，綠燈（G）亮表示允許通行；</p><p>　?。?）黃燈亮?xí)r要求每秒鐘閃亮一次；</p><p>　?。?）東西、南北方向除了有紅（R）、黃（Y）、綠（G）燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計時的方法）；</p><p>　　二、課程設(shè)計實驗預(yù)習(xí)要求</p>

5、<p>　　（1）復(fù)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）復(fù)習(xí)多路數(shù)據(jù)選擇器、二進(jìn)制同步計數(shù)器的工作原理。</p><p>　?。?）根據(jù)交通燈控制系統(tǒng)框圖，畫出完整電路圖。</p><p><b>　　三、設(shè)計原理與電路</b></p><p>　　1.分析系統(tǒng)邏輯功能，畫出系統(tǒng)框圖</p

6、><p><b>　　控制系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　交通燈原理控制如上圖所示，它主要由秒脈沖發(fā)生器、定時器、譯碼器、控制器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是本實驗中控制器和定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它接受來自定時器的信息后控制譯碼器工作。</p><p>&

7、lt;b>　　2.單元電路的設(shè)計</b></p><p><b>　　1）控制器</b></p><p>　　控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作。</p><p>　?。?）交通燈的四種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是由控制器進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換的，它們的工作方式滿足如右圖順序工作流程，設(shè)東西向的紅、黃、綠燈分別為EW(

8、R)、EW(Y)、EW(G)，南北向的紅、黃、綠燈分別為NS(R)、NS(Y)、NS(G）。</p><p>　　狀態(tài)1：東西方向車道的綠燈亮，車道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行。</p><p>　　狀態(tài)2：東西方向車道的黃燈亮，車道緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；</p><p>　　狀態(tài)3：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；南北方向車道的

9、綠燈亮，車道通行；</p><p>　　狀態(tài)4：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；南北方向車道的黃燈亮，車道緩行；</p><p>　　四個狀態(tài)用時所占比例分別為5:1:5:1,所以，計數(shù)器每次工作的循環(huán)周期為12，所以可以選擇12進(jìn)制計數(shù)器。計數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模74LS164八位移位寄存器組成鈕環(huán)形12進(jìn)制計數(shù)器，鈕環(huán)形計數(shù)器的工作狀態(tài)如下表所示：</p>

10、;<p>　　根據(jù)狀態(tài)表，列出東西方向和南北方向綠、黃、紅的邏輯表達(dá)式：</p><p><b>　　東西方向 </b></p><p><b>　　綠: </b></p><p><b>　　黃: </b></p><p><b>　　紅: </

11、b></p><p><b>　　南北方向 </b></p><p><b>　　綠: </b></p><p><b>　　黃: </b></p><p><b>　　紅: </b></p><p>　　由于黃燈要求閃耀幾次

12、，所以用時標(biāo)1秒和EWY或NSY黃燈信號相“與”即可。</p><p>　　交通燈時序工作流程圖</p><p><b>　　（2）顯示控制部分</b></p><p>　　顯示控制部分是一個定時控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器開始工作（用對方的紅燈信號控制），每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1，直到計數(shù)器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248

13、 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LED顯示器，計數(shù)器采用可預(yù)置加、減法計數(shù)器，如74LS168，74LS193等。</p><p><b>　　倒計時計數(shù)器</b></p><p>　　十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀的把握時間。兩個方向的工作時序：東西向亮紅燈時間應(yīng)等于南北向亮黃燈和綠燈時間之和，南北向亮紅燈應(yīng)等于東西向亮黃燈和綠燈時間之和。假設(shè)每個

14、單位時間為5s，則南北、東西向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為25，5，30s，一次循環(huán)為60s。其中，紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式工作，直到減到數(shù)為“0”。十字路口綠、紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，再進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計時過程中，計數(shù)器還向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0。計數(shù)器選用集成電路74LS168進(jìn)行設(shè)計。74LS

15、168是十進(jìn)制4位同步可逆計數(shù)器。</p><p>　　74LS168引腳圖以及功能圖</p><p>　　現(xiàn)選用兩個74LS168芯片級聯(lián)成一個從可任意設(shè)定時間00~99倒計時的計數(shù)器，將計數(shù)器的P、T接地，將東西方向的兩個計數(shù)器LD通過與非門連接起來，十位的CP端與個位的U\D端相連，將十位的A,C,D接地，B端接“1”，個位的A,B,D接地，C端接“1”，輸出端依次與74LS248相

16、連。南北方向的計數(shù)器，接線與東西方向的相同，其中作為個位數(shù)的74LS168芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器（頻率為1），當(dāng)個位數(shù)減到0時，再減1就會變成9，0（0000）和9（1001）之間的QA、QD同時由0變?yōu)?，把QA、QD與起來接在十位數(shù)的CLK端，此時會給十位數(shù)74LS168芯片一個脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。</p><p>　　決定倒計時是置數(shù)，還是計數(shù)。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD變

17、為1，計數(shù)器開始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計時，如此循環(huán)下去。</p><p><b>　　顯示控制與譯碼器</b></p><p>　　向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0：T0表示倒計時減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時間，因為到00時，計數(shù)器重新置數(shù)），T0=1，此時T0給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一

18、個方向的綠燈亮，另一個方向的紅燈亮。接法為：把兩個74LS168計數(shù)器的8個輸出端用一個集成的八輸入一輸出或門連起來。T5表示倒計時減到數(shù)“05”時。T5=1，此時T5給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“05”（0000 0101）時，把十位計數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD連同個位計數(shù)器的輸出端QB、QD用一個或非門連起來，再把這個或非門與個位計數(shù)器的輸出端QA、QC用一個與非門連接

19、起來。</p><p>　　譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出74LS248是BCD碼到七段碼的顯示譯碼器，它可以直接驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　74LS248的外引線排列圖和狀態(tài)表</p><p>　?。?）夜間黃燈閃爍控制</p><p>　　在夜間將開關(guān)S1接地，此時，東西、南北方向的紅燈和綠燈輸入的是低電平，所以紅燈和綠燈不

20、亮，黃燈輸入的是頻率為“1”的脈沖，黃燈以頻率為“1”閃爍。</p><p>　　2）汽車模擬控制電路</p><p>　　當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向的發(fā)光二極管接通，并一個一個向前移動，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移位放光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管繼續(xù)向前移動；紅燈亮?xí)r，則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。它

21、由74LS164組成鈕環(huán)形計數(shù)器，由秒脈沖電路經(jīng)分頻后（4分頻）輸入給74LS164，這樣，74LS164為每4秒向前移一位（計數(shù)一次）</p><p>　　74LS164外引線及排列圖</p><p>　　74LS164真值表</p><p>　　74LS164時序圖</p><p><b>　　汽車模擬控制電路圖</b&g

22、t;</p><p><b>　　五、實驗儀器及設(shè)備</b></p><p>　?。?）數(shù)字電子技術(shù)試驗系統(tǒng)箱</p><p><b>　?。?）直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　?。?）交通信號燈</b></p><p>　?。?）集成電

23、路：74LS168,74LS248,及門電路等</p><p><b>　?。?）電阻</b></p><p><b>　?。?）開關(guān)</b></p><p><b>　　六、實驗結(jié)果分析</b></p><p>　　用移位寄存器組成汽車模擬控制系統(tǒng)，當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈

24、亮“G”信號，使該電路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則該方向的移位停止，為南北方向的汽車模擬控制電路。</p><p>　　當(dāng)東西方向綠燈亮，而南北方向紅燈亮?xí)r，南北方向的74LS168以減法計數(shù)器方式工作，從數(shù)字“30”開始向下減，當(dāng)減到“5”時，綠燈滅而黃燈亮（閃耀）直至到“0”，然后紅燈亮。計數(shù)器又從“30”開始以減法計數(shù)，一直到“0”，然后綠燈亮，進(jìn)入下一個循環(huán)。</p><p

25、>　　由于公路在不同時間段內(nèi)，行車量不同，可以修改行車時間，以改變交通狀況。</p><p><b>　　七、參考資料</b></p><p>　　1、《電子線路技術(shù)實驗與課程設(shè)計》</p><p>　　2、《數(shù)字電子技術(shù)簡明教程》</p><p>　　3、《數(shù)字電子技術(shù)實驗教程》</p><p

26、><b>　　八、總結(jié)體會</b></p><p>　　開始拿到題目的時候，還不知道怎么去做，因為自己對這門課的一般設(shè)計都不怎么會。對很多芯片的功能都不是很清楚。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計加強(qiáng)了我動手、思考和解決問題的能力。現(xiàn)在設(shè)計已經(jīng)做好了，自己感覺還是比較好的，雖然花了很多時間，但學(xué)到了很多東西。做課程設(shè)計的時候，自己把整個書本都看了幾遍，增強(qiáng)

27、了自己對知識的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在基本上已經(jīng)解決了。</p><p>　　在課程設(shè)計的過程中，對于同一個問題，我想過很多個方案。像計數(shù)器的的接法，我都想了很多不同的接法，運用不同的芯片進(jìn)行比較，最后還是采取了上面的方法進(jìn)行連接。在連線的過程中，經(jīng)常會遇到一些問題，比如接錯線，無意中刪除了一些線等，有時會感到力不從心的。從開始做課程設(shè)計那天起腦子中天天都想著同樣的問題，怎么去接線，怎么把電路弄得更加簡單