課程設計報告課程設計報告 設計課題：交通控制燈 專業(yè):電子信息工程 班級：. 姓名：. 學號： 指導老師：一、設計要求（一）設計指標（二）設計要求（三）制作要求（四）編寫設計報告二、原理框圖三、單元電路設計四、設計步驟及方法五、總結六、心得體會交通燈控制的設計交通燈控制電路是通過采用數(shù)字電路設計的，提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉換的新方法，指揮各種車輛和行人的安全通行，實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。設計要求（一）設計指標1.為十字交叉路口設計兩組信號燈控制，每組有紅，綠，黃三色信號燈顯示。各干信號燈順序為：紅綠黃紅綠（二）設計要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；3、電路仿真與調(diào)試；（三）制作要求自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（四）便攜設計報告寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會二、原理框圖交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如下圖所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖圖中： TL: 表示甲車道綠燈亮的時間間隔為60秒，乙車道綠燈亮的時間為50秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。三、單元電路設計（一）定時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖12、3所示，其功能表如表12、2所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入端， 是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CTp、CTT是計 圖12.2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。電路的工作原理請自行分析。圖12、3 74LS163的外引線排列圖和時序波形圖（二）控制器控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表12、3所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，當控制器處于Q1n+1Q0n+1= 00狀態(tài)時，如果TL= 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1= 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉換信號ST。圖12、4 定時器電路圖 表12.2 74LS163功能表表12.3 控制器狀態(tài)轉換表 狀態(tài)轉換表根據(jù)表12.3、可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸入或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（ ）加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖12.5所示。圖中R、C構成上電復位電路 。圖 12、5控制器邏輯圖（三）譯碼器譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 12、4所示。實現(xiàn)上述關系的譯碼電路請讀者自行設計。三、單元電路設計1.1交通燈運行狀態(tài)分析 交通燈控制電路，要求每個方向有三盞燈，分別為紅、黃、綠，配以紅、黃、綠三組時間到計時顯示。一個方向綠燈、黃燈亮時，另一個方向紅燈亮。每盞燈順序點亮，循環(huán)往復，每個方向順序為綠燈、黃燈、紅燈。交通燈的運行狀態(tài)共有四種，分別為： 狀態(tài)0：東西方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行。狀態(tài)1：東西方向車道的黃燈亮，車道，人行道緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；狀態(tài)2：東西方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；狀態(tài)3：東西方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的黃燈亮，車道，人行道緩行；4種狀態(tài)循環(huán)往復，并且紅燈的倒計初始值為綠燈的倒計初始值和黃燈的倒計初始值之和。交通燈電路的具體運行狀態(tài)框圖如圖 圖1.1交通燈運行狀態(tài)分析圖 1.2電路工作總體框圖 交通燈控制電路主要由以下幾部分構成，如圖2.2所示，有電源電路，脈沖電路，分頻電路，倒計時電路，(交通燈)狀態(tài)控制電路，燈顯示電路。脈沖電路分頻電路倒計時電路顯示器狀態(tài)控制電路燈顯示電路電源電路供電 圖1.2交通燈控制電路功能模塊框圖 2.1電源電路：電源電路主要由整流、濾波、穩(wěn)壓三部分組成，用于供給數(shù)字電路的工作電源。整流部分由變壓器與整流橋KBP210G組成。220V、50Hz的交流輸入經(jīng)過變壓器之后，輸出9V、50Hz的交流電壓。該電壓輸入整流橋，整流橋由四只整流二極管接成電橋的形式組成。整流橋輸出8.1V的直流電壓。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，由1mF的電容組成電容濾波電路。電容濾波電路簡單，負載直流電壓較高，紋波也較小，適合負載電壓較高，負載變動不大的場合。穩(wěn)壓電路用于穩(wěn)定電壓的輸出，由三端集成穩(wěn)壓器L7805和電容組成。C2、C3用來實現(xiàn)頻率補償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C4用于減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 圖2.1穩(wěn)壓電源總電路圖 四、元器件五、總結交通燈的設計心得體會總結 通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關電子線路方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。通過這次課程設計，我掌握了NI Multisim軟件的使用方法，了解了紅綠燈的實際控制過程，以及如何提高電路的性能等等。 11第 頁