交通信号灯课程设计

1、目 录绪论11 设计目的和意义22 目标与总体方案22.1 时钟信号发生器32.2 计数器42.3 主控制器53 设计方法和内容63.1实验器材及介绍63.1.1 74LS0073.1.2 74LS4883.1.3 74LS9083.1.4 74LS2093.1.5 显示数码管103.1.6 电阻133.1.7 发光二极管144、 软件仿真164.1、EWB应用164.2、开发板实物正、反面215、设计创新与关键技术245.1、焊锡245.2、焊锡注意245.2.1、保持合适的温度245.2.2、用烙铁头对焊点施力是有害的245.3、电路调试255.3.1、调试前的检查255.3.2、调试中注

2、意的事项255.3.3、测量电路中是否接通265.3.4、通电后的测试26总结27致谢29参考文献30交通信号灯控制电路的设计摘要：交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高交通道路通行能力、减少交通道路事故有明显事故。通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红绿灯的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人安全，实现车辆行人安全，实现十字路口交通管理自动化。十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个只感到的十字路口，每边都设置了红绿黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时限要求

3、黄灯亮几秒鈡，以便让停车线以外的车辆禁止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。本设计采用较为常用的74系列芯片，及555芯片实现了信号灯与信号脉冲同步实现、同步控制，进而提高了整个系统的稳定性、独立性。关键字： 交通灯 信号控制 脉冲发生器 信号处理 电路设计绪论汽车进入寻常老百姓的家庭，在加上政府大力发展公交车、出租车，使得道路上车辆也来也多，许多大城市如北京、上海、南京等均出现了道路交通超负荷运行的情况。因此，自80年代后期以来，许多城市纷纷扩建城市道路，在道路建设完成的初期，他们也曾有效地改善了交通随我国城市化建设的发展，人民的生活水平日渐提高，越来越多的状况。然而随着交

4、通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，扩建道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然说到这种路况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限制利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城市的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门解决的主要问题。在种情况下，道路交通信号灯开始发挥了越来越重要的作用，并已成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通灯是城市交通的重要指挥系统，与人们的日常生活密切相关。随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目

5、前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科学发展的主流方向。结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统是当前的主要任务，以最大限度地减少了十字路口的车辆平均延误时间，提高了路口通行能力，以达到缓解交通拥挤的目的。1 设计目的和意义本次课程设计的目的主要是通过设计交通灯控制电路，了解数字电子技术，巩固和综合运用所学知识，提高分析、解决数字电子

6、技术实际问题的能力，增长自己的知识。如何采用合适的控制方法，最大限度地利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、街区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门解决的主要问题。为此，本次设计的是交通信号灯的设计、仿真和调试。就成乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试进行具体分析讨论。2 目标与总体方案十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个只感到的十字路口，每边都设置了红绿黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时限要求黄灯亮几秒鈡，以便让停车线以外的车辆禁止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要

7、长。要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路有时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路及部分组成。图 2-12.1 时钟信号发生器555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。 图 2-2 图 2-3设电容的初始电压0，t0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端0<，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示

8、低电位），触发器置1，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为1，这时，触发顺保持状态不变。所以0<t<期间，定时器输出为高电平1。时刻，上升到，比较器的输出由1变为0，这时，触发器复0，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由0变为1，R-S触发器的，的状态不变，的状态仍为低电平。时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输

9、出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。2.2 计数器计数器的作用有两个：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30s、20s、5s三种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始30s计数；30s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，是计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5s计数；5s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，是计数器

10、归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20s计数；20s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入S3，计数器又开始5s计数；5s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设30s、20s、5s计数的归零信号分别为A、B、C，则计数器的归零信号L为其中图 2-4根据以上真值表可以求出个灯的逻辑表达式：2.3 主控制器十字路口车辆运行情况只有4种可能：（1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30秒；（2）30秒后主干道停车，支干道人不通行，这种情况下主黄

11、灯和支红灯，持续时间为5秒；（3）5秒后，主干道不同行，支干道通行，着这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20秒；（4）20秒后主干道人不同行，支干道停车，这种情况下主黄灯和支黄灯，持续时间为5秒，。5秒后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制器也有四种状态，设这四种状态依次为S1,S2,S3,S4图 2-53 设计方法和内容3.1实验器材及介绍实验器材如下表1：名称型号个数二端与非门74LS004显示译码器74LS482二-五-十进制计数器74LS903四端与非门74LS202多谐振荡器5551显示数码管D5011A2电阻1K欧姆、68欧姆20发光二极管红、黄、绿6电容100uF

12、、0.01uF23.1.1 74LS00实现与非门图 3-1 74LS00引脚图图 3-2 74LS00功能图图 3-3 74LS00真值表3.1.2 74LS48七段译码器图 3-4 74LS48引脚图图 3-5 74LS48真值表3.1.3 74LS90二-五-十进制异步计数器图 3-6 74LS90引脚图表2 74LS90功能表复位输入输出R1 R2 S1   S2 QD QC QB QAH H   L   ×H H   ×   L× × 

13、  H   HX L   ×   LL ×   L   ×L ×   ×   L× L   L   ×L L L LL L L LH L L H计      数计      数计     

14、数计      数A 将输出QA与输入B相接，构成8421BCD码计数器；B 将输出QD与输入A相接，构成5421BCD码计数器；C 表中H为高电平、L为低电平、×为不定状态。3.1.4 74LS20四输入-输出与非门图 3-7 74LS00引脚图图 3-8 74LS00真值表3.1.5 显示数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a, b, c, d, e, f, g, DP 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。图 3-9 如：显示一个“2”字

15、，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮DP不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。图 3-10  LED数码管引脚定义图2 引脚定义每一笔划都是对应一个字母表示 D

16、P是小数点。（1）技术参数规格： （有圆形、半圆形、D形）；直径有:30mm、40mm、50mm、80mm、100mm、 110mm颜色：单红，黄，蓝，绿，白，七彩；外壳颜色：乳白；性能：防水，防尘，防紫外线，耐压，耐破裂，耐高低温，耐燃，超强抗冲击老化；防护等级：IP65级；工作电压范围：24V-220V；工作功率：8-12W；工作环境：-40度-+75度。正常寿命：>80,000小时（2）故障检修LED数码管不亮 产生此故障的原因可能有：1）变压器损坏、引线断开或虚焊。若变压器损坏，则予以更换或重新绕制；若引线断开或虚焊，则应重新连接或重新焊接。2）+5V电源故障。应检查显示电路电源

17、电压及数码管供电是否正常（正常时为5V直流电压）。若两者不正常则检查7805三端稳压器是否有5V电压输出。若三端稳压器有5V电压输出，则为电路板的连接线损坏，或未开炉或短路，若开路则应重新连接；若短路应清理短路点。若三端稳压器没有5V电压输出，则检查 7805输人端有无8V左右的电压。若7805输入端有8V电压，则说明7805损坏。若7805输入端没有8V电压，则检查桥式整流电路有无8V左右电压输出。若整端电路没有8V电压输出，则检查220V交流电源是否正常。若交流电源不正常，则应对交流电源进行检查。若交流电源220V电压正常，则在连接线正常的情况下应为变压器损坏，予以更换。3）LED数码管公

18、共阳极（或公共阴极）上无+5V电压。这种故障常常是由限流电阻发生虚焊或印制导线不通引起的。若无5V电压，则按照前面所述检查电源电压的方法进行检查；若限流电阻开路，则应予以更换；若为电路板虚焊或印制导线不通，则必须重新连接或焊接：3.1.6 电阻图 3-11 电阻电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。（1）计算公式串联： 并联：

19、两个电阻并联式也可表示为 定义式：R=U/I决定式：R=L/S(表示电阻的电阻率，是由其本身性质决定，L表示电阻的长度，S表示电阻的横截面积)（2）色环电阻的识别方法带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数”代”进去，这样就可很快读出数来。1）熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。这样连起来读，多复诵几遍便可记住。记准记牢第三环颜色所代表的 阻值范围，这一点是快识的关键。

20、具体是：金色：几点几黑色：几十几棕色：几百几十红色：几点几橙色：几十几黄色：几百几十绿色：几点几 蓝色：几十几从数量级来看，整体上可把它们划分为三个大的等级，即：金、黑、棕色是欧姆级的；红橙、黄色是千欧级的；绿、蓝色则是兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。2）当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几的。3）记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为5%；银色为10%；无色为20%。3.1.7 发光二极管  图3-12发光二极管它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

21、发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。（1）性能要求1）高可靠性特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。2）高效率LED是节能产品

22、，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。3）高功率因素功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。4）驱动方式通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电

23、。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。5）浪涌保护LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。6）保护功能电源

24、除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。7）防护方面灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。8）驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。9）要符合安规和电磁兼容的要求。4、 软件仿真4.1、EWB应用（1）本设计采用EWB进行仿真，首先进入主界面。图 3-13 EWB仿真主界面（2）然后根据仿真需要选取适当的器材。图 3-14（3）设计出仿真图后进行仿真，发现该电路能正常运行。图 3-15(4)进过仔细分析，设计出电路正反面图：图 3-16 正面图 3-17 反面4.2、开发板实物正、反面图 3-18 红绿灯（左为主干道，右为支干道）图 3-19

25、反面焊点图 3-20 正面工作状态5、设计创新与关键技术5.1、焊锡锡焊时可以采用不同的加热速度，例如烙铁头形状不良，用小烙铁焊大焊件时我们不得不延长时间以满足锡料温度的要求。在大多数情况下延长加热时间对电子产品装配都是有害的， 这是因为：1）焊点的结合层由于长时间加热而超过合适的厚度引起焊点性能劣化。2）印制板，塑料等材料受热过多会变形变质。3）元器件受热后性能变化甚至失效。4）焊点表面由于焊剂挥发，失去保护而氧化。结论：在保证焊料润湿焊件的前提下时间越短越好。5.2、焊锡注意5.2.1、保持合适的温度如果为了缩短加热时间而采用高温烙铁焊校焊点，则会带来另一方面的问题：焊锡丝中的焊剂没有足够

26、的时间在被焊面上漫流而过早挥发失效；焊料熔化速度过快影响焊剂作用的发挥；由于温度过高虽加热时间短也造成过热现象。结论：保持烙铁头在合理的温度范围。一般经验是烙铁头温度比焊料熔化温度高50较为适宜。理想的状态是较低的温度下缩短加热时间，尽管这是矛盾的，但在实际操作中我们可以通过操作手法获得令人满意的解决方法。5.2.2、用烙铁头对焊点施力是有害的烙铁头把热量传给焊点主要靠增加接触面积，用烙铁对焊点加力对加热是徒劳的。很多情况下会造成被焊件的损伤，例如电位器，开关，接插件的焊接点往往都是固定在塑料构件上，加力的结果容易造成原件失效。5.3、电路调试电路连接完后，要进行调试，以检测是否达到要求。实验

27、表明，一个电子装置，即使按照设计的电路参数进行安装往往也难于达达预期效果。这是因为人们在设计时，不可能周全地考虑各种复杂的客观问题，必须通过安装后的调试和调整，来发现和纠正设计方案的不足。然后采取措施加以改进，使装置达到预定的技术指标。因此调整电子电路的技能对从事电子技术及有关领域工作的人员来说，是不应缺少的。调试的常用仪器有：万用表、示波器、信号发生器。5.3.1、调试前的检查电子安装完毕，通常不宜急于通电，要形成这种习惯，先仔细检查。5.3.2、调试中注意的事项为了保证效果，必须减少测量误差，提高测量精度。为此，需注意以下几点：1）正确受用测量仪器的接地端。 2）测量电压所用仪器的输入端阻

28、抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为，若测量仪器输入阻抗小，则在册来难过时会引起分流给测量结果带来很大的误差。 3）以前的带宽必须大于被测电路的带宽，要正确选择测量点。4）用同一台测量仪进行测量，测量点不同，仪器内阻引起的误差大小将不同。5）测量过程中，不但要认真观察和测量，还要记录。记录的内容包括实验条件、观察的现象、测量的数据等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较，才能发现电路设计上的问题，完善设计方案。6）调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了的问题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题，我们应该认真检查。调试结果是否正确，很大程度上受测量

29、正确与否和测量精度的影响。5.3.3、测量电路中是否接通用万用表的欧姆档，测试每一组的连通的线，将两支笔接到北侧的一组线的起始线和末端线的两端，看电阻是否为零，如果是零，则证明是通的；如果是无穷大，则证明中间有线是断开的，则要一根一根的检查该组的每一根线，直到查出为止。5.3.4、通电后的测试1）测试电源用万用表的直流电压档，测试输入电源的电压，看是否达到额定电压，如果不是，则换电源。2）测试芯片的电源输入端用万用表的直流电压档，测试芯片的接地端与接电源端的点，看是否达到芯片的额定电压，如果不是，则检查其线路是否接错。3）测试芯片的个引脚电压用万用表直流电压档，逐个测试芯片各个引脚的电压是否与

30、理论值相统一，若是继续下一引脚，否则，检查该引脚是否焊接有问题。总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，现在课程设计已经做好了，感觉挺棒的。刚拿到课题时，我一头雾水，花了很长时间才做好，但还是学到了很多东西。通过这次课程设计，增强了自己对知识的理解，很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了，在课程设计的过程中，我们发现对同一个问题有很多不同的解决方法，运用不同的芯片进行了比较，最后采用了比较简单的方法进行连接，在连线的过程中经常遇到一些问题，比如，接错线，无意中删除了一些线等，使我们感觉有一点点力不从心。从开始做课程设计那天起，脑海中天天想着同样的问题，怎么去接线，怎么把

31、电路弄得更简单，怎样别人才更容易看懂，完成后心里有种说不出的高兴。这次课程设计之后，使我明白做任何事都要认真仔细，不然的话你会花很多时间去完成，课程设计有利于提高我们的动手能力，能把我们所学的课本知识运用到实际生活中去，同时也丰富了我们的业余生活，提高了我们对知识的理解能力。提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具