电工电子技术课程设计-简易交通信号灯控制器

1、电工与电子技术基础课程设计报告 题 目 简易交通信号灯控制器 学院（部） 汽车学院 专 业 物流工程 班 级 201422070118 学生姓名 商旭宗 学 号 201422070118 6 月 12 日至 6 月 19 日 共 1 周 指导教师（签字） 一：主要技术指标和要求（1）定周控制：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；（2）每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；（3）分别用红、黄、绿色发光二级管表示信号灯； （4）设计计时显示电路。二：摘要在十字路口，交通信号灯发挥着重要的作用。本文要设计一个简易交通信号灯控制器，实现主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒，每次由绿灯变为红灯时，

2、要有五秒黄灯作为过渡，并设计倒计时显示电路。分别用红黄色发光二极管表示信号灯。设计方案共分为四大模块： 1，脉冲信号发生模块.采用555秒脉冲发生器提供脉冲信号；2，计数器模块.采用74LS290二五十进制计数器和74LS161型4位同步二进制计数器；3，组合逻辑电路模块.利用74LS161的四个输出端和门电路构成组合逻辑电路来输出相应的高电平或低电平；4，负载；5，显示电路模块.利用相应的定时器，译码电路，数码管来实现主支干道上的倒计时显示。在此模块中显示控制器根据当前信号灯的状态，来控制定时器的工作状态，再经过译码，数码管显示来实现倒计时计数。三：总体设计方案论证及选择 方案1：首先，利用

3、555定时器组成的多谐振荡器产生1秒的脉冲，根据题目要求，选择5s作为计数器的脉冲，完成一个循环共需要80秒，所以选择16进制计数器，我选择74LS161四位同步二进制计数器（要达到这个目的需要用一个五进制计数器把多谐振荡器产生的1秒脉冲转化为5秒脉冲）。利用74LS161四个输出端输出四位二进制数，在相应的组合逻辑电路的控制下输出高电平或低电平来实现发光二极管的亮灭。然后，主支道上各设计一个显示电路，分别根据主，支干道上的信号灯状态来控制定时器工作状态，通过相应的译码器和数码管来达到相应的要求。四：设计方案的原理框图脉冲信号T=1S 五进制计数器显示控制电路T=5s74LS161计数器 定时

4、电路 组合逻辑电路译码电路数码管显示信号灯负载简要说明：电路的脉冲信号由CB555定时器组成的多谐振荡器外接上合适的电容C和电阻R组成，可以产生T=1s的方波。经过波形变化后输入计数器74LS161，通过Q3Q2Q1Q0输出二进制数。在组合逻辑电路的作用下分别在产生高低电平控制发光二极管的亮灭，实现信号灯的功能。总体电路图 五: 单元电路设计1 脉冲信号发生电路 由555定时器组成的多谐振荡器，也称无稳态触发器，不需要外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。下图是由CB555定时器组成的多谐振荡器。R1，R2，和C是外接元件。多谐振荡器电路图 +UccR17 8 4 6 3CB5

5、552 1 52 1 R2u0ucC CB555定时器原理电路图 接通电源Ucc以后，他经过R1和R2对电容C充电，uc上升。当0<uc<Ucc/3时，触发器置1，u0为高电平电压（1）。当Ucc/3<uc<2Ucc/3时，触发器保持状态不变，u0仍为高电平电压（1）。当uc上升略高于2Ucc/3时，触发器置0，u0为低电平电压（0）。这时放电管Tp导通，电容C通过R2和Tp放电，uc下降。当uc下降略低于Ucc/3时，触发器置1，u0又由低电平电压（0）变为高电平电压（1）。这时放电管Tp截止，Ucc又经过R1和R2对电容C充电。如此重复上述过程，uo即为连续的矩形波

6、，其周期T=1秒。 电路参数确定：T=tp1+tp2=ln2(R1+2R2)C 要求T=1秒，选取R1=5K R2= 5K C=95uF;将R1=5K R2= 5K C=360uF接入电路，即可以得到T=1秒的矩形波。2 计数器电路1.将T=1秒的脉冲变为T=5秒的脉冲。利用中规模集成计数器74LS290型异步二-五-十进制计数器来实现。74LS290 2-5-10进制计数器外引脚图及逻辑符号图如下：（a） 外引脚图（b） 逻辑符号图。CP1，CP0为CP输入；S9a，S9b，RoA,RoB为异步置数端；Q3Q2Q1Q0为输出端。这里需要用到其五进制的功能，只输入计数脉冲CP1，有Q3Q2Q1

7、输出，为五进制计数器。下图为五进制计数器状态分析及示意图。计数顺序计数器状态CP1Q3 Q2 Q100 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 0 通过74LS290实现的波形变换，利用其输出端Q3来得到T=5秒的矩形波。下图为其波形图：1234567CPQ32.将74LS290二五十进制计数器Q3端产生的脉冲加在74LS161型四位同步二进制计数器的CP端，实现计数功能。74LS161型四位同步二进制计数器逻辑符号图 将Q3端的脉冲信号加在CP端，A3A2A1A0四个输入端接地；EP,ET,LD,RD接高电平，其数据输出端Q3Q2Q1Q0 就可以输出0-15的二进制编

8、码，实现计数功能。74LS161型四位同步二进制计数器引脚排列和功能表详见附件。3 组合逻辑电路 a.根据设计要求可以得到如下的逻辑状态表:(符号说明：G1，Y1，R1分别表示主干道上的绿灯，黄灯，红灯；G2，Y2，R2分别表示支干道上的绿灯，黄灯，红灯；其中1表示灯亮，0表示灯灭) 表一：主支干道上三种灯亮灭持续状态表t(s)G1Y1R1G2Y2R2010000145010001500011007500101080100001表二：红黄绿三种灯的逻辑状态表CPQ3Q2Q1Q0G1Y1R1G2Y2R2O0000100001100011000012001010000130011100001401

9、001000015010110000160110100001701111000018100010000191001010001101010001100111011001100121100001100131101001100141110001100151111001010160000100001b.根据红黄绿三种灯的逻辑状态表写出其逻辑表达式G1= Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 +Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 =Q3(Q2+Q1+Q0) Y1=Q3Q2Q1Q0G2=Q

10、3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0+ Q3Q2Q1Q0+ Q3Q2Q1Q0 = Q3Q2Q1+Q3Q2Q1+Q3Q2Q0Y2=Q3Q2Q1Q0R1=G2+Y2R2=G1+Y1c.根据逻辑表达式画出逻辑图R2 G1 Y1 Y2 G2 R1>=1 >=1 >=1 & & && & >=1111>=111Q3Q2Q1Q0d.组合逻辑电路的功能分析555定时器产生的方波经过计数器以后在输出端产生0000-1111的数字，每种状态经过组合逻辑电路后输出相应的结果，已达到预期目的。另外，经分析可知，R2可由G1和

11、Y1用或门连接，R1可由G2和Y2用或门连接，这样可以简化电路。4 负载信号灯电路 逻辑门R 发光二极管 经查阅相关资料，限流电阻R定为3K; 当逻辑门输出为高电平时，发光二极管正向导通，信号灯亮；当逻辑门输出为低电平时，发光二极管截止，信号灯灭；从而实现了控制信号灯亮灭的功能。 *(5)计时显示电路 第一:为了显示主副车道的倒计通行时间，需要设计一个定时器，由于最小计时单位为秒，最大计时长度为50秒（主干道通行时间）。故计时电路的计时周期可选为一秒，可以利用CB555产生的周期为一秒的脉冲。定时器是一个最大模为50的减法计数器，同时也是一个可变模减法计数器。第二：输出端还需要一个显示译码电路

12、，为了减少输出端数，输出采用2支数码管动态显示通行时间。定时器是一个可变模减法计数器，其工作状态有控制电路来控制。输入信号主要有时钟信号，同步装载控制信号和预置值输入。输出信号主要有减法溢出信号zero和计数输出信号Q。定时器的输出Q经选择电路，译码电路和驱动电路后驱动两只数码管显示车辆通行时间。设计思路如下图：显示控制电路主干道 支干道定时器定时器译码器译码器译码器译码器个位个位十位十位五：收获与体会及存在的的问题1. 收获与体会这是我在大学里第一次做课程设计，经验不足，所以刚开始的头几天感觉无从下手，不知所措。经过与同学和老师的交流讨论后，思路逐渐清晰。在网上查资料，查阅相关书籍也解决了我

13、不少困惑。经过这次课程设计，我对课本上的理论知识有了更深的了解，也了解了课本以外的很多知识，增强了把理论应用与实际的能力，同时也提高了我对电工与电子技术这门课的兴趣。这次课程设计，使我感受到了做学问一定要严谨，认真，一丝不苟，为我以后的学习生活也带来了很大的启发。2. 存在的问题与不足第一， 逻辑门电路部分电路结构有些复杂，例如G2灯用了四个门电路，显得就很繁琐。如果用JK触发器代替一部分门电路，可以减少电子元件的使用个数，简化电路，但同时也提高了造价第二， 对于题目中设计计时显示电路的要求未能给出详细满意的设计方案，这是我思维不够活跃，电工知识储备不足造成的。由于能力有限，没能做到面面俱到，其中肯定还有不足甚至错误之处，希望老师指正。 六：参考文献 1.电工学下册-电子技术，秦增煌主编，