電工與電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器

1、<p>　　電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器</p><p>　　專 業(yè) 汽車(chē)運(yùn)用工程工程 </p><p>　　班 級(jí) **** </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師

2、 </p><p>　　日 期 2012-6-8 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 、課題名稱與技術(shù)要求</p><p><b>　　二、摘要</b></p><p>　　三、總體設(shè)計(jì)方案論證及

3、選擇</p><p>　　四、設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路圖、接線圖及說(shuō)明</p><p>　　五、單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　六、收獲與體會(huì)、存在的問(wèn)題</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　八、附件（元件材料清單）</p

4、><p>　　一 、課題名稱與技術(shù)要求</p><p>　　課題名稱：簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)和要求：</p><p>　?。?）定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒；</p><p>　　（2）每次由綠燈變?yōu)榧t燈時(shí)，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過(guò)渡；</p><p

5、>　?。?）分別用紅、黃、綠色發(fā)光二級(jí)管表示信號(hào)燈；</p><p><b>　　二、摘要</b></p><p>　　交通運(yùn)輸是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，日常出行也是我們生活中不可或缺的一部分。確保道路交通順暢與安全的重要性不言而喻。在確保十字路口的交通秩序工作中，信號(hào)燈扮演了極其重要的角色。交通信號(hào)控制系統(tǒng)是用來(lái)自動(dòng)控制十字路口紅黃綠三色的電子系統(tǒng)。 交通燈簡(jiǎn)易交

6、通信號(hào)燈控制器利用555秒脈沖發(fā)生器提供秒脈沖信號(hào),通過(guò)CP輸入。主控制器由一塊74LS161組成一個(gè)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別在45S,50S,75S,80S,通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制裝置來(lái)控制主干道與支干道中綠、黃、紅發(fā)光二極管的亮滅及其持續(xù)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主干道與支干道交通信號(hào)的控制。</p><p>　　三、總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇</p><p>　　方案一：十字路口每個(gè)方向的綠、黃、紅燈所亮的時(shí)間

7、比例分別為9：1：5，所以，可以選擇計(jì)數(shù)器為5s的脈沖。因?yàn)槊?s一個(gè)時(shí)間單位，所以計(jì)數(shù)器的工作循環(huán)為16，應(yīng)選擇一個(gè)十六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器來(lái)控制，故選擇74LS161四位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再加上相應(yīng)控制器來(lái)配合，達(dá)到計(jì)數(shù)器分別在9、10、15、16翻轉(zhuǎn)的目的。</p><p>　　方案二：本方案主要由主控制電路和秒脈沖發(fā)生器組成，其中主控制電路包括：主控制器、清零裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、信號(hào)燈裝置及一些邏輯門(mén)。主控制器中采用

8、兩塊74LS290二-五-十進(jìn)制來(lái)實(shí)現(xiàn)八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒脈沖發(fā)生器由555秒脈沖發(fā)生器負(fù)責(zé)提供脈沖信號(hào)。接通電源瞬間，清零裝置將主控制器清零，緊接著，主干道綠燈和支干道紅燈打開(kāi)，其余主、支道燈關(guān)閉。秒脈沖傳送到控制器，主控制電路在45s到，50s到，75s到，80s到分別產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號(hào)，從而改變 主、支道綠、黃、紅燈的開(kāi)閉持續(xù)時(shí)間，繼而實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制。</p><p>　　方案三：十字路口車(chē)輛通行情況只可能有4

9、種情況，可以依次用S0=00,S1=01,S2=10,S3=11,L來(lái)記憶交通燈的工作情況。分別對(duì)這四種情況進(jìn)行編碼，得到轉(zhuǎn)換圖，顯然這是一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以采用J-K觸發(fā)器74LS107來(lái)構(gòu)成，控制電路。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)比較，我選擇方案一，因?yàn)榉桨敢槐容^容易理解設(shè)計(jì)思路比較清晰，主控制器用的是十六進(jìn)制74LS161計(jì)數(shù)器，該元件在電工實(shí)驗(yàn)中使用過(guò)，比較熟悉，比案二、三更容易實(shí)現(xiàn)。而方案三中器件我不

10、太熟悉，所以最終我們選方案一。</p><p>　　四、設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路圖、接線圖及說(shuō)明</p><p>　　1、設(shè)計(jì)方案原理框圖（圖1） </p><p>　　2、設(shè)計(jì)方案總體電路圖（圖2）</p><p>　　圖1. 設(shè)計(jì)方案原理框圖</p><p><b>　　圖2. 總體電路圖</

11、b></p><p>　?。?*說(shuō)明：JK觸發(fā)器的K端懸空代表高電平，且JK觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)。紅1、黃1、綠1表示主干道信號(hào)燈，紅2、黃2、綠2表示次干道信號(hào)燈。工作前RD端先接低電平清零。）</p><p>　　3、電路原理簡(jiǎn)要說(shuō)明：</p><p>　　電路的脈沖信號(hào)由CB555定時(shí)器組成的多諧振蕩器外接上合適的電容C和電阻R組成，可以產(chǎn)生T=5s的矩形

12、波，該信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器74LS161（十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器）進(jìn)行計(jì)數(shù)并通過(guò)Q3Q2Q1Q0輸出二進(jìn)制數(shù)。在組合邏輯電路作用下分別在0（0s）、9(5*9=45s)、10(5*10=50s)、15(5*15=75s)時(shí)對(duì)JK觸發(fā)器進(jìn)行觸發(fā)（或置零）使相應(yīng)二極管發(fā)光，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的功能。</p><p>　　五、單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1、脈沖信號(hào)發(fā)生電路：<

13、;/p><p>　　圖3. CB555定時(shí)器電路 圖4. CB555定時(shí)器接線圖</p><p>　　按照?qǐng)D4.接好電路，可知脈沖信號(hào)周期</p><p>　　T=tp1+tp2=ln2(R1+2R2)C</p><p><b>　　令T=5s，</b></p><p>　

14、　則可取R1=R2=5.1K C=470uF.</p><p>　　將R1=R2=5.1K，C=470uF按要求接入電路，在U0端即可輸出T=5s的矩形脈沖波。</p><p>　　2、十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路：</p><p>　　圖5. 計(jì)數(shù)器接線圖 圖6. 74LS161管腳圖</p><p>　　

15、將脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)接在CP端，置數(shù)端接地，EP、ET、LD、RD端均接高電平，在Q3Q2Q1Q0端即可得到0-15的二進(jìn)制編碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩形脈沖的計(jì)數(shù)。</p><p>　　3、組合邏輯電路功能分析與電路設(shè)計(jì)：</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)要求與實(shí)際情況可得到信號(hào)燈的邏輯狀態(tài)圖和邏輯電路圖：</p><p>　　表1. 信號(hào)燈的邏輯狀態(tài)圖</p

16、><p>　　圖7. 組合邏輯電路圖</p><p>　?。?）組合邏輯電路的功能分析：</p><p>　　首先，定時(shí)器產(chǎn)生的矩形方波（T=5s）經(jīng)計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)后在輸出端Q3Q2Q1Q0 形成二進(jìn)制數(shù)從0000到1111循環(huán)，每個(gè)數(shù)字間間隔5s，當(dāng)Q3Q2Q1Q0 =0000時(shí)，與非門(mén)Ⅰ輸出低電平觸發(fā)JK觸發(fā)器①使綠燈變亮，并保持。當(dāng)Q3Q2Q1Q0 =1001時(shí)，與非

17、門(mén)Ⅱ輸出低電平觸發(fā)JK觸發(fā)器②使黃燈變亮，同時(shí)，與非門(mén)Ⅱ的輸出端使觸發(fā)器①的J處于低電平將觸發(fā)器①?gòu)?qiáng)制置零，使綠燈1熄滅。其他燈的亮與滅的實(shí)現(xiàn)方法與此相同：Q3Q2Q1Q0 使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，下一個(gè)與門(mén)對(duì)上一個(gè)觸發(fā)器置零，使各個(gè)燈按要求點(diǎn)亮和熄滅。</p><p>　　由于主干道和次干道上燈的狀態(tài)有一定關(guān)系，可將次干道上的信號(hào)燈與主干道上相應(yīng)的燈連接，以簡(jiǎn)化電路。</p><p>　　（3）J

18、K觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表：</p><p>　　4、JK觸發(fā)器和信號(hào)燈電路</p><p>　　圖8. 信號(hào)燈顯示電路 圖9. 74LS112管腳圖</p><p>　　JK觸發(fā)器在組合邏輯電路的觸發(fā)（或置零）下輸出信號(hào)0、1，控制信號(hào)燈的亮與滅。</p><p>　　六、收獲與體會(huì)、存在的問(wèn)題</p><

19、;p><b>　　1、課程設(shè)計(jì)體會(huì)：</b></p><p>　　電工與電子課程設(shè)計(jì)能讓我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)判斷，分析，解決問(wèn)題。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們遇到好多以前沒(méi)見(jiàn)多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)這一周的課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)課本知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和掌握，更讓我學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)。學(xué)會(huì)了如何從實(shí)際出發(fā)分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，以及合作的重要性。同時(shí)我們也認(rèn)識(shí)到在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)一定要謹(jǐn)慎、細(xì)心抓住主要問(wèn)題

20、一絲不茍的深入研究，這樣才能更快的解決問(wèn)題。在設(shè)計(jì)電路，解決問(wèn)題時(shí)，僅僅靠課本上的知識(shí)是不夠的，我們還要到圖書(shū)館和互聯(lián)網(wǎng)上查閱資料。這次課程設(shè)計(jì)讓我們將知識(shí)在實(shí)踐中親自應(yīng)用，給了我們思考的機(jī)會(huì)，獲益匪淺。由于我們的時(shí)間和水平都很有限，設(shè)計(jì)中不當(dāng)和欠缺之處在所難免，望老師及其他同學(xué)批評(píng)指正。</p><p>　　2、存在問(wèn)題：本次課程設(shè)計(jì)中還存在著許多問(wèn)題，比如：組合邏輯電路部分電路結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、使用的電子元件過(guò)多

21、等，我認(rèn)為這于我們自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)思路不夠靈活，知識(shí)儲(chǔ)備不夠扎實(shí)有密切關(guān)系。只有在以后的學(xué)習(xí)中注重積累，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，深入思考，才會(huì)有長(zhǎng)足進(jìn)步。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、《電工學(xué)（下冊(cè)）電子技術(shù)》 高等教育出版社 秦曾煌主編</p><p>　　2、《電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 姚福安編著等；

22、</p><p>　　八、附件： 元件材料清單： </p><p>　　1、TTL定時(shí)器CB555模塊…………………………….1塊;</p><p>　　2、74LS161計(jì)數(shù)器……………………………………..1塊;</p><p>　　3、74LS04六反相器………………………………….2塊</p><