电子课程设计之交通灯设计

电子技术系开课时间：2011——2012学年2学一、设计题目交通信号灯控制器二、主要内容1、分析设计题目的具体要求2、完成课题所要求的各个子功能的实现3、用multisim软件完成题目的整体设计三、具体要求交通灯信号控制器仿真设计设计要求（1）两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为45s。时间可设置修改。（2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道。（3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。（4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示。（5）假定+5V电源给定。四、进度安排第一天：介绍所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。第二天：消化课题，掌握设计要求，明确设计系统的全部功能，图书馆查阅资料。第三天：确定总体设计方案，画出系统的原理框图。第四天：绘制单元电路并对单元电路进行仿真。第五天：分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。第六天：完成整体设计并仿真验证。第七天：对课程设计进行现场运行检查并提问，给出实践操作成绩。第八天：完成实践报告的撰写五、成绩评定课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定，最终考核成绩由四部分组成：1、理论设计方案，演示所设计成果，总成绩40％；设计报告，占总成绩30％；2、3、4、回答教师所提出的问题，占总成绩20％；考勤情况，占总成绩10％；0次总成绩为0分。迟到20分钟按旷课处理。目录前言....................................................11、总体设计思路、基本原理和框图..........................22、单元电路设计..........................................33、总设计................................................94、故障分析.............................................135、总结.................................................146、心得体会.............................................157、元件清单.............................................168、参考文献.............................................16前言手段。红绿灯有着它的发展史。红绿灯的历史其实并不复杂。从最初发明时的手牵皮带转动灯箱，到20世纪开始的电气控制，从采用计算机控制到电子监控感应，其发展不超过150年。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，1927年，回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，他的工具出现在世界上，造福后人。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。力，减少交通事故有明显效果。尊重与保护。11、总体设计思路、基本原理和框图图1.1交通灯控制系统原理图2（2）CP由0变1时，触发器不翻转，为接受输入信号作准备。（3）CP由1变0时触发器翻转表2.1JK触发器功能表32.1.274190表2.274190的功能表错误!未找到引用源。错误!未找到未找到引用到引用源。ABCD01411××××××××加计数0000十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体工作方式为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在到倒计时过程中计数器还向信号灯转换器提供模5的定时信号错误!未找到引用源。和模0的定时信号错误!倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。计数器选用集成电路74190进行设计较简单。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能﹑保持功能。74190没有专用的清零输入端，﹑错误!未找到引用源。的输出数据间接实现清零功能。2.2单元模块2.2.1采用JK触发器实现信号转换器用一下6个符号来分别代表东西（A）﹑南北（B）方向上各灯的状态：错误!未找到引用源。=1：东西方向车道绿灯亮；错误!未找到引用源。=1：东西方向车道黄灯亮；错误!未找到引用源。=1：东西方向车道红灯亮；错误!未找到引用源。=1：东西方向车道绿灯亮；错误!未找到引用源。=1：东西方向车道黄灯亮；错误!未找到引用源。=1：东西方向车道红灯亮。芯片用法：5输出错用JK触发器的输出状态是与J输入端的状态相同的，同时分析表2.2.1，触61313VVV220图2.2JK触发器实现信号转换70111减计数加计数0000××××要实现45s74190芯片级联成一个从9倒计到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为把个位数74190芯片输出端的错误!未找到引用源。﹑错误!未找到引用源。用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9,0（0000）和9（1001）之间的错误!未找到引用源。﹑错误!未找到引用源。与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位，其引脚图如图2.3所示。U21511093267QAQBQCQD4115~CTEN~LOAD~U/D~RCOMAX/MINCL图2.374190引脚图个开关分别接十位数74190芯片的D﹑C﹑B﹑A端和个位数74190芯片的D﹑C﹑B﹑A端。预置数的范围为1~99。假如把通行时间设为45s，就像图2.4的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，F接1，G接0，H接1。接电源相当于接1，悬空相当于接0。8图2.4预置数连接方法按照74190的功能表，CTEN端接低电平，加、减计数控制端D、U接高电为变为1，计数器开始倒计时，当倒计时减到数00时，LOAD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。借助两片74190的8个输出端来实现。连接后的电路图如图2.5所示。9432151109326711511093267ABCDQAQBQCQDABCDQAQBQCQD041154115131213127141495=A===D====H图2.574190倒计时器电路3、总设计3.1各连接门的功能了四输入与门74LS21N、二输入或非门4001BD_5V、二输入与门7408N和二输入7432N或门各一个。其中，仅当秒倒计时显示器显示为05时，四输入与门74LS21N输出为1；而仅当秒倒计时显示器显示为00时，二输入与门7408N的输出为1。而这两个门再由一个或门连接到两个JK触发器的1CLK变状态，即实现交通灯红黄绿之间的转变。3.2倒计时计数器与信号灯转换器的连接倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号错误!未找到引用源。和定时信10向的红灯亮。接法为：把个位﹑十位计数器的输出端错误!未找到引用源。﹑错误!未找到引用源。﹑错误!未找到引用源。﹑错误!未找到引用源。分别用一个440101）时，把十位计数器的输出端错误!未找到引用源。﹑错误!未找到引用源。44输入与用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。连接后的电路如图3.1所示。3.3黄灯闪烁控制要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5s秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为1HZ电路如图3.1.1所示。3.4电路测试与仿真电路默认把通行时间设为45s，打开开关，东西方向车道的绿灯亮，南北方向车道的红灯亮。时间显示器从预置的45s，以每秒减减到数“0”时，1s后显示器又转换成预置的45s，东西方向车道的黄灯转换为红灯，南北方向车道的红灯转换为绿灯。减到数“5”时，南北方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，东西方向车道的红灯不变。如此循环下去。开关一打开，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0s和3.2所示，分别为总电路图的静止图和运行图：11U7VCCDCD_HEX_YELLOWU18A5VU1U218413U5B321911974LS21NABCDU19A17141644557408N1110719V1U3A9574190N1274190N363735U6AJ3J4J5J6J7J87408N22VCC34U11A28265V25U10BGB1313V22.5V2.5V2.5V222729307473NU15A237408N7408N3.1交通灯设计静止图12U7VCCDCD_HEX_YELLOWU18A5VU1U218413U5B3219119326774LS21NABCDU19A17141644557408N1110719V1U3A9574190N1274190N363735U6AJ1J2J3J4J5J6J7J822VCC34U11A28265V25U10BGB1313V22.5V2.5V2.5V222729307473N237408N7408NU7DCD_HEX_YELLOW5VU1U21841332191193267ABCD1714164455719V19574190N1274190N363735J3J4J5J6J7J822VCC34U11A28265V25U10BGB1313222729307473N237408N7408N3.2交通灯设计运行图134、故障分析4.1故障分析与解决经过接通，实现了错误的改正，使黄灯闪烁正常。4.2电路改进开始的电路比较繁琐，接线没有规律，开关接线无规律，秒脉冲频率过小，经过修改，实现了精准易排查。145、总结当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素,因此,有许多设计工为改善城市交通环境设计了许多方案,而大多数都为交通指挥灯,本电路也正是基于前人设计的基础上进行改进的.全部有数字电路组成,比较以前的方案更为精确。会将思维发散，扩展到其他相近的领域，不断深化学习，不断研究。在今后的学习中，我会把所学经验用到实践中去，发现错误，努力改正，不断的去总结经验，不断的用于实践。156、心得体会问题，成功解决了问题。在完成这次课程