交通信号灯控制器设计报告

电子技术课程设计

成绩中国农业大学课程论文成绩（2007-2008学年第二学期）论文题目：交通灯信号控制器课程名称：电子技术任课教师：冯磊班 级： 电子061学 号：0608140502姓 名： 于一鸣 电子技术课程设计 电子技术课程设计 交通灯信号控制器设计报告于一鸣(中国农业大学信息与电气工程学院电子061班)摘要：交通灯是人们生活中常常见到的一部分。不同的交通灯，变化规律会有很大差别。本项目设计的交通灯控制器规律典型，通用性好，稍加更改即可广泛应用在各大街道交叉口。它使用市面上广泛应用的40冒险现象的检测和排除等内容。关键字：交通灯交通灯控制器Multisim 竞争冒险现象一、设计任务及要求1、用两组红、绿、黄发光二极管作信号灯，分别指示主道和支道的通行状态。230205秒。33020秒后，只有当知道有车且主道无车时才允许继续通行（用按键模拟路口是否有车）4、设计计时显示电路，计时方式尽量采用倒计时。二、总体方案设计1、 系统原理555的多谐振荡器，作为计时控制电路的时钟。绿黄红主干道译码驱动电路绿黄红主干道译码驱动电路绿黄红支干道主控电路反馈控制电路-1-时基电路计译计置时码时数控驱显电制动示路电电电路路路Q1Q2Q1Q2X1X200011110三、单元电路设计1、 主控电路部分基本原理对设计要求分析后可得，电路的主状态共有四种（详见下两个触发器控制。状态选择态00绿红状态00无车无车01黄红01无车有车10红绿10有车无车11红黄11有车有车状道路主干道支干道道路主干道支干道主状态(QQ) 状道路主干道支干道道路主干道支干道1 2 1 2状态转换图(Q1Q2表示主状态，X1X2表示通车情况)QQQQ1 2110101110101`XXXX1 200100100XX1011 111010010100101Q1Q2X1X200011110000111000111000111--2-电子技术课程设计电子技术课程设计PAGE3PAGE3000001100001011000111001芯片选择观特征，决定选用双JK触发器CD4027主控电路图2、 交通灯控制电路部分1) 真值表Q1Q2主绿(G)主黄(Y)主红(R)支绿(g)支黄(y)支红(r)00100001010100011000110011001010逻辑表达式电路图3、 计时电路部分计时控制电路考虑到倒计时即便于设计又更符合大众习惯，同时又要便于控制，我们选用了两块CD40192-加减双向等特点，十分符合题目要求。CD40192时序图 电子技术课程设计 电子技术课程设计 PAGE5PAGE5CD40192性质分析(LOAD)计数输出立即变化。(BORROW)下降沿触发。借位端在上升沿一定变成高电平。译码驱动及计时显示电路实验室提供了共阴极七段数码管和CD4511-BCD-7SEG译码器作为驱动芯片。注意必须添加限流电阻进行电流控制。电路图4、 反馈控制电路部分基本原理将十位的CD40192控制部分控制电路的正常运转，需结合整体综合考虑，因素较多，是设计难点和重点。置数反馈逻辑由于借位端与置数端都是低电平有效端，所以只需将借位端引出直接接入置数端即构成置数反馈逻辑。主控时钟反馈逻辑由于借位端在计数器持续置零时呈现高低电平交替输出的状态JK发器时钟端作为时钟信号。电路图：见附录一5、 置数电路部分基本原理四种主状态与置入计数器的数呈一一对应关系。结合反馈控制部分，我们发现，由于芯片的延时效应，当主控时钟上升沿到来，主状态发生变化时，置数信号已消失。所以需要用前一时刻的主状态给后一时刻置数。观察得，当发生变化。因为真值表

时，主状态有可能保持不变；当，所以时，

时，电路黄灯，下一状态必然，电路将保持原状态。Q1Q2J2置数2D2C2B2A1D1C1B1A00000000000000150000010101120001000001000000000001015000001011113000110000逻辑表达式电路图：见附录一6、 时基电路部分PAGE7PAGE7基本原理

电子技术课程设计实验室提供了NE555芯片。所以我们用555、电阻、电容构成多谐振荡器。电路原理图周期计算周期公式：选波形仿真（1000倍） 电子技术课程设计 电子技术课程设计 PAGE8PAGE8四、Multisim仿真及结果分析1、 仿真电路图：见附录一2、 结果分析定态分析：指计数器不等于零，主状态不发生变化。测试方法因为主支路都有车时主状态不存在保持的情况因此即可。b) 测试结果：主道亮灯支道亮灯计数器变化是否正常GR30~0正常YR5~0正常RG20~0正常RY5~0正常动态分析：指计数器由零重新置数，主状态发生变化或保持。测试方法：对不同的主状态、不同的车辆情况分别测试。测试结果：主道亮灯主道亮灯支道亮灯XX1 20001101100/1001/11XX0100/10/11XX变化/保持变化计数器变化保持00->50->2000->50->30是否正常正常五、电路的组装和调试1、 使用的主要仪器和仪表5V电源示波器万用表2、 问题、原因、排除方法和技巧时基电路输出信号的时基问题(1Hz)时不准确，使频率的测试结果发生假错误。解决方法：用秒表测试高低点平变化的周期即可0时刻不变化J的输入信号与地线短路，2使得置数信号恒为零。解决方法：(计数器保持在0时刻时，用万用表逐一测试各主要端(为0)现来自J的信号不正确；测试J信号的源，全部正确。2 2J23、 测试数据及分析(同仿真部分。排除错误后，测试结果全部正)六、电路所用元件功能单元功能单元数量元件/对应芯片元件/芯片数量与门7CD40812或门2CD40711非门1CD40691JK触发器2CD40271十进制加减计数器2CD401922BCD-共阴极7SEG译码器2CD451125551NE5551PAGE10PAGE10电子技术课程设计- - 一次性电路板电子技术课程设计- - 一次性电路板1- - 共阴极数码管2- - 发光二极管6- 20- 1- 1- 1- 1- 单刀双掷开关- 各类芯片座- 导线2若干若干总计（芯片数/总数）10/45七、心得体会1、 关于电路设计方法独立模块。分别设计每个模块会简单很多。的主控电路；不应该局限于一种主状态。保证电路简单化是成败的关键。方法只有一个，不断优化。2、 关于时序分析困难，加上时延等复杂因素，使得大部分时间和精力都消耗这里。设计到后期，应该考虑各信号尤其是主信号和反馈信号的时延情况。PAGE11PAGE11 电子技术课程设计 时延测试电路1ms/格看不出有时延 100ns/格时延清晰可见3、 关于竞争-冒险现象冒险现象。波器的X100ns冒险现象。1ms/格竞争冒险使输出出现尖脉冲 100ns/格尖脉冲放大B、C为或非门输入，A为其输出 电子技术课程设计 电子技术课程设计 PAGE12PAGE12冒险现象的信号接入数个门电路进行延时。200ns/格对B进行延时，成功解决竞争-冒险现象八、改进意见1、加入整流、滤波、稳压