交通信號燈課程設計

1、<p><b>　　課程設計（論文）</b></p><p>　　題目： 交通信號控制器</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p>　　班 級: </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 電子信息工程</p><p>　　指導教師： 劉橋 徐理英</p><p>　　200 9 年 6 月 12 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一：緒論………………………………………………………………………3</p><p&g

3、t;　　1. 1 課程設計背景……………………………………………………… 3</p><p>　　1.2 課程設計目的………………………………………………………3</p><p>　　1.3 課程設計指標………………………………………………………4</p><p>　　二：基礎知識…………………………………………………………….4</p><

4、;p>　　2.1 設計思路………………………………………………………….4</p><p>　　2.2. 所用儀器和元器件………………………………………………3</p><p>　　三:設計的步驟和過程………………………………………….……….7</p><p>　　3.1 秒脈沖信號發(fā)生器電路圖…………… ……………….………..7</p&g

5、t;<p>　　3.2 狀態(tài)控制器………………………………………………….…….8</p><p>　　3.3 定時器………………………………………………….….………8</p><p>　　3.4 計數(shù)器……………………………………………………..………9</p><p>　　3.5 測試要點……………………………………..……….….….…

6、…10</p><p>　　四： 仿真結果…………………………………………………..….……11</p><p>　　五：心得體會………………………………………………….…...……11</p><p>　　六：建議………………………………………………………….………13</p><p>　　七：參考文獻……………………………………………..

7、……….……13</p><p>　　八：附錄1…………………………………………………….…………14</p><p><b>　　交通信號控制器</b></p><p><b>　　一：緒論</b></p><p>　　交通燈信號控制系統(tǒng)是典型的數(shù)字電路控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的設計和仿真實驗、學生可

8、得到數(shù)字電路及系統(tǒng)的綜合訓練。系統(tǒng)工作的十字路口由通行量較大的主干道和通行量較小的支干道組成。路口設有紅、黃、綠三色信號燈 和兩位8421BCD碼的計數(shù)器和譯碼顯示器。通過控制器將使三色燈在規(guī)定的時間內亮燈：主紅和干綠燈亮，并且顯示器是從20秒開始倒計時；當顯示器倒計時為00秒時，主紅和干黃燈亮，顯示器從5秒開始倒計時；當顯示器倒計時又為00秒時，主綠和干紅燈亮，顯示器從60秒開始倒計時。依此循環(huán)</p><p>

9、;　　1.1：課程設計背景</p><p>　　在一個交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設也沒有交警，那會發(fā)生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會陷入一片混亂，甚至癱瘓。當然我們每個人都不希望這樣。我們作為社會的一員，每人都有責任為它的更加先進和快捷做出力所能及的事情。</p><p>　　1.2：課程設計目的</p><p>　　（1）

10、培養(yǎng)學生根據(jù)題目要求，抽取相應信息，設計組合邏輯和時序邏輯電路的能力。</p><p>　?。?） 使學生掌握設計交通信號控制器的電路的調試及組裝方法。</p><p>　?。?） 培養(yǎng)學生綜合應用中規(guī)模組件的能力，提高自主創(chuàng)新能力。</p><p>　?。?） 學會使用EWB電路仿真設計軟件完成設計及仿真調試，提高學生查閱手冊及合理選用器件的能力。</p&g

11、t;<p>　　1.3：課程設計指標</p><p>　　在主、支道路的十字路口分別設置三色燈控制器，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮要求壓線車輛快速穿越。根據(jù)車流狀況不同，可調整三色燈點亮或關閉時間。</p><p><b>　　1. 基本部分：</b></p><p>　　(1) 主道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為60秒

12、、5秒、25秒；</p><p>　　次道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為20秒、5秒、65秒；</p><p>　　(2) 主、次道路時間指示采用倒計時制，用2位數(shù)碼管顯示。</p><p>　　2、 發(fā)揮部分(選做)</p><p>　　(1) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以預置；</p><p>　　(2) 主、

13、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以分別調整；</p><p><b>　　二：基礎知識</b></p><p><b>　　2.1、 設計思路</b></p><p>　　要實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計數(shù)器、主控制器、信號燈譯碼驅動電路和數(shù)字顯示譯碼驅動電路幾部分組成，整體電路的原理框圖如圖

14、：</p><p>　　下面是交通燈時序流程圖，進行分析可得到交通信號燈的四個不同狀態(tài)，如圖1.2所示：</p><p>　　圖1.2 交通燈時序流程圖</p><p>　　即s0——主干道綠燈亮、支干道紅燈亮 </p><p>　　S1——主干道黃燈亮、支干道紅燈亮</p><p>　　S2——主干道紅燈亮、支

15、干道綠燈亮</p><p>　　S3——主干道紅燈亮、支干道黃燈亮</p><p>　　其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉換圖如圖所示：</p><p>　　圖1.3 狀態(tài)轉換圖</p><p>　　交通燈信號真值表如表1-1所示：</p><p><b>　　表1－1 </b></p><

16、p>　　根據(jù)表1－1真值表，可寫出各交通信號燈的與非邏輯函數(shù)表達式如下所示：</p><p>　　MR=Q10 + 1 Q0= Q1</p><p><b>　　MY= 1 Q0</b></p><p><b>　　MG=10</b></p><p>　　SR=10+1 Q0=1</p

17、><p><b>　　SY= Q1 Q0</b></p><p><b>　　SG= Q10</b></p><p>　　2.2. 所用儀器和元器件</p><p>　?。?）、 秒脈沖信號發(fā)生器</p><p>　　采用555時基電路構成多諧振蕩器，產(chǎn)生1HZ脈沖。</

18、p><p>　　圖1.4 555時基內部電路圖</p><p><b>　　（2）、狀態(tài)控制器</b></p><p>　　采用集成計數(shù)器74HC163構成狀態(tài)控制器，其工作原理如表1-2：</p><p><b>　　表1-2</b></p><p><b>　?。?/p>

19、3）、定時器</b></p><p>　　采用八輸入緩存器74HC244來實現(xiàn)，其工作原理如表1-3：</p><p><b>　　表1-3</b></p><p><b>　?。?）、計數(shù)器</b></p><p>　　采用十進制可逆計數(shù)器74HC192，其工作原理如表1-4：<

20、/p><p><b>　　表1-4</b></p><p>　　三：設計的步驟和過程</p><p>　　3.1 秒脈沖信號發(fā)生器電路圖</p><p>　　由于要產(chǎn)生1Hz的脈沖，所以計算得R1+2R2=14.4K ，同時盡量使占空比接近50％，選擇R1大于R2，即選擇R1=10K ,R2=2.2K ,連接線路如圖1

21、.5所示：</p><p>　　圖1.5秒脈沖信號發(fā)生器電路圖</p><p><b>　　產(chǎn)生的波形為：</b></p><p>　　3.2 狀態(tài)控制器 </p><p>　　根據(jù)燈控函數(shù)表達式：</p><p>　　MR=Q10 + 1 Q0= Q1</p><p>

22、;<b>　　MY= 1 Q0</b></p><p><b>　　MG=10</b></p><p>　　SR=10+1 Q0=1</p><p><b>　　SY= Q1 Q0</b></p><p><b>　　SG= Q10</b></p&g

23、t;<p>　　將狀態(tài)控制器，狀態(tài)譯碼器以及模擬三色燈相連接，構成信號燈轉換控制電路如圖1.6所示：</p><p>　　圖1.6 狀態(tài)控制器電路</p><p><b>　　3.3 定時器</b></p><p>　　預置到減法計數(shù)器的時間常數(shù)通過三個八輸入緩沖器74HC244來完成。從上到下的三片74HC244分別預制了6

24、0，20，5三個不同的數(shù)據(jù)。八輸出端前四位二進制數(shù)控制十位數(shù)，后四位二進制數(shù)控制個位數(shù)。</p><p>　　每個緩沖器74HC244的輸入端通過接入8個開關對其可任意置從0～99的數(shù)，前四位和后四位分別控制置入十位數(shù)和個位數(shù)，即接高</p><p>　　電平（接電源）為二進制數(shù)1，接低電平（接地）為二進制數(shù)0。</p><p>　　主干道的黃燈控制啟動輸入數(shù)據(jù)為2

25、0秒的74HC244（使能端,低電平有效），使下一個狀態(tài)支干道綠燈亮時以20秒減計數(shù)。當支干道綠燈亮時啟動輸入數(shù)據(jù)為5秒的74HC244，使得置入5秒的74HC244在支干道綠燈轉黃燈時開始以5秒倒計計數(shù)。黃燈控制60秒的74HC244,,當主干道綠燈亮時以60秒開始倒計數(shù)。依此原理一直循環(huán)下去。</p><p>　　圖1.7 定時器電路</p><p><b>　　3.4

26、計數(shù)器</b></p><p>　　兩片74HC192分別控制兩個二進制數(shù)，兩片計數(shù)器之間采用異步級連接方式如圖1.8。利用個位計數(shù)器的借位脈沖直接作為十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖，個位計時器作為秒脈沖。選用帶譯碼功能的顯示譯碼管。1A1、1A2、1A3、1A4和2A1、2A2、2A3、2A4式十位和個位計數(shù)器的置數(shù)輸入端。</p><p>　　圖1.8 計數(shù)器電路</p>

27、;<p><b>　　3.5 測試要點</b></p><p>　　檢查整機接線無誤后，方可進行各部分電路的調試</p><p>　?。?） 首先調試秒脈沖信號發(fā)生器電路</p><p>　　用示波器觀察秒脈沖信號發(fā)生器的輸出，其輸出的信號周期為1s</p><p>　?。?） 主.支干道調試</p

28、><p>　　直接將秒脈沖信號接入狀態(tài)控制器脈沖輸入端（即集成計數(shù)器74HC163的脈沖輸入CP端），在該脈沖的作用下，觀察主 支干道三種顏色的信號燈是否按要求一次轉換。</p><p>　　（3） 定時器和減數(shù)器調試</p><p>　　將秒脈沖信號接入定時器系統(tǒng)電路脈沖輸入端（即兩片集成計數(shù)器，中的個位計數(shù)器的脈沖輸入CP端），在脈沖作用下，將三片八緩沖器74HC2

29、44的置數(shù)選通端一次接地，計數(shù)器以三個不通的置數(shù)（60秒.2秒.5秒）輸入為進制體制，完成減法計數(shù)，兩位數(shù)碼管應有相應的顯示。</p><p>　?。?） 把各個單元電路互相連接起來，進行系統(tǒng)總測試。</p><p><b>　　四：仿真結果</b></p><p>　　用鼠標點動右上角的開關按鈕，我們將先看到主紅和干綠燈亮，并且顯示器是從20

30、秒開始倒計時；當顯示器倒計時為00秒時，主紅和干黃燈亮，顯示器從5秒開始倒計時；當顯示器倒計時又為00秒時，主綠和干紅燈亮，顯示器從60秒開始倒計時。依此循環(huán)。</p><p><b>　　五：心得體會</b></p><p>　　兩周的課程設計實習很快過去了，但在課程設計實習中我們所經(jīng)歷的過程和收獲的經(jīng)驗將永遠照亮我們前進的道路。兩個星期的課程設計實習時間并不算太長

31、.但是在這并不長的一個星期里面卻依然學到了不少的東西.了解并掌握了74HC163，74HC192，74HC244 和555多諧振蕩，對EWB仿真軟件有了進一步的了解，并對專業(yè)知識有了更進一步的理解。</p><p>　　在此，得先感謝我們的四位指導老師，謝謝你們！如果沒有你們的虛心教導，沒有你們的認真講解，我也不會學到那么多的東西，有那么多的收獲，并且讓我也對自己的人生有了進一步的規(guī)劃，非常感謝你們！同時我也要感

32、謝我的搭檔，沒有你的諒解和耐心，沒有我們密切的配合，我們也不會把每一次的實驗都完成得那么順利。</p><p>　　剛開始接到交通信號控制器的任務書時，有點緊張，畢竟由于自己對課程設計不了解和對內容的不清楚。后來我經(jīng)過查找資料，詢問老師，不斷推敲，最后找到了出路。在選芯片上，我也出了一些問題，因為許多芯片的功能是相同的，而且對其功能不是特別的熟悉，后來通過和同學不斷的探討 ，自己獨立思考，最后選定用74HC163

33、，74HC192，74HC244 和555多諧振蕩。所有的準備做好后就開始在EWB仿真軟件上開始連線。由于第一次用EWB仿真軟件，所以在連電路又遇到了點麻煩，不過后來，經(jīng)過自己不斷的嘗試，不斷的詢問最后交通信號控制器電路終于成功的畫出來了，并且仿真成功。</p><p>　　在這次的實習中我學到了很多東西：</p><p>　　第一：通過這次課程設計實習，了解并掌握了74HC163，74H

34、C192，74HC244 和555多諧振蕩，對EWB仿真軟件有了進一步的了解，了解了一些簡單的電路的結構原理和連線方法。</p><p>　　第二：在實習的過程中我鍛煉了自己的動手、自主創(chuàng)新能力。實踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無一不是在實踐中得到檢驗的。沒有足夠的動手能力，就奢談在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就。在實習中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。</p><p&

35、gt;　　第三：在實習的過程中增強了我的團隊意識.在一個團隊里面，光靠一個人的力量是遠遠不夠的.只有大家齊心協(xié)力、相互配合、共同合作才能夠又快又好地完成任務.</p><p>　　第四:在實習的過程中增強了我的思考意識。思考著做事,事半功倍,更重要的是,做事的心態(tài),也可以得到磨練,可以改變很多不良的習慣。比如當我們需要連接線路、布置線路時，這就需要我們不段的思考、嘗試。這樣線路才會更加的完美。</p>

36、<p>　　在完成所有的階段后，心中那強烈的成就感，真的不知道該用什么來形容了。電工實習的五天里，辛苦那已經(jīng)是次等事了，而樂在其中，再怎樣也都是值得的。     課程設計實習為我們提供了一個可以在知識的天空里翱翔的空間;提供了一個可以在知識的海洋里揚帆起航遠行的航道。它為我們的學習生活增添了一道亮麗的風景線，為我們的理想之塔增磚添瓦，為我們的知識小帆鼓風助力。我們必將坐著智慧小船乘千里風破萬

37、里浪，開拓進取，勇往直前，朝著我們理想彼岸前進。</p><p>　　再次感謝老師對我們的指導與教誨。</p><p><b>　　六：建議</b></p><p>　　通過兩周的課程設計，我從中學到了很多在課本中學不到了知識，并且使得我們充分的將理論運用于實踐，我們得到了充分的鍛煉。但在實習的過程中，我想建議一下幾點：</p>

38、<p>　?。?） 當課程設計題目給定下來時老師應該給我們講明我們正確解決的目的方向，不然會使得我們花很多的時間在確定方向上花很多時間。</p><p>　?。?） 由于有些器件我們接觸的很少，我們對它們的了解更是不清楚，所以希望老師能夠在器件選擇方面能夠提供參考。</p><p>　?。?） 學校應該多安排這樣的實踐課程，這樣我們的動手、自主創(chuàng)新能力將會得到很大幅度的提升

39、。</p><p><b>　　七：參考文獻</b></p><p>　　[1] 《電子電路計算機仿真技術》（第二版） , 周常森主編,山東科學技術出版社</p><p>　　[2] 《模擬電子技術基礎》（第三版），童詩白主編，高教出版社</p><p>　　[3] 《數(shù)字電子技術基礎》（第四版/第五版），閻石主編，高教

40、出版社</p><p>　　[4] 《電子測試技術》，金唯香、謝玉梅主編，湖南大學出版社</p><p>　　[5] 《電子設計與仿真技術》（第一版），李忠波、袁宏主編，機械工業(yè)出版社</p><p><b>　　八：附錄1</b></p><p>　　交通信號控制器整體圖</p><p>　　圖