課程設(shè)計(jì)---交通信號(hào)燈控制器

1、<p><b>　　——交通燈控制電路</b></p><p>　　系 別：電氣與信息工程</p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化</p><p><b>　　班 級(jí)： </b></p><p><b>　　姓 名：</b></p>

2、<p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)</p><p>　　題 目：交通信號(hào)燈控制器</p>

3、<p><b>　　專業(yè)班級(jí)： </b></p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p><b>　　學(xué) 號(hào)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p><b>　　審 批：</b>&l

4、t;/p><p>　　任務(wù)書下達(dá)日期2010年 5月10日星期一</p><p>　　設(shè)計(jì)完成日期 2010年 5月 24日星期二</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　第一章：序言……………………………………… （8）</p><p>　　第二章：設(shè)計(jì)任務(wù)書……………

5、………………… （2）</p><p>　　第三章：電路組成和工作原理…………………… （9）</p><p>　　第四章：設(shè)計(jì)步驟及方法……………………… （15）</p><p>　　第五章：總結(jié)………………………………………（25）</p><p>　　第六章：附錄（元器件清單）……………………… （26）</p><

6、;p>　　第七章：參考文獻(xiàn)……………………………… （26）</p><p><b>　　第一章 序 言</b></p><p>　　隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，城市交通問題日益凸顯嚴(yán)重，尤其在城市街道的十字叉路口，頻繁發(fā)生交通問題，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條街上都有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈。其中紅燈亮，表示道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛

7、禁止通行，已經(jīng)過停車線的的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口的紅、黃、綠交通燈。交通燈通過的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮車輛行人通行，保證車輛行人的安全，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理自動(dòng)化。</p><p>　　同時(shí)也隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交

8、通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。為此，本次設(shè)計(jì)完成的就是交通燈設(shè)計(jì)。以下就城鄉(xiāng)交通燈控制

9、系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。</p><p>　　第三章 電路組成和工作原理</p><p>　　1．分析系統(tǒng)的邏輯功圖</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)功能圖它主要由減法計(jì)數(shù)器、步驟控制器、置數(shù)邏輯電路和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)

10、動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為20秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。     TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為4秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。     ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制

11、器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。</p><p>　?。?）如圖1所示，南北向綠燈亮，東西向紅燈亮。表示南北向上的車輛允許通行，東西向禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （2）南北向黃燈亮，東西向紅燈亮。表示南北向上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，東西向禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY

12、時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （3）南北向紅燈亮，東西向黃燈亮。表示南北向禁止通行，東西向上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （4）南北向紅燈亮，東西向黃燈亮。表示南北向禁止通行，東西向上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間

13、隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表12、1所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡便起</p><p>　　一、步驟控制器——步驟控制器是交通管理的

14、核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　二、秒脈沖信號(hào)發(fā)生器——定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)TY和模25的定時(shí)信號(hào)TL。三、減法計(jì)數(shù)器——減法計(jì)數(shù)器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成南北向

15、、東西向上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系。</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)步驟及方法</p><p>　　一、列出控制器與信號(hào)燈的關(guān)系表：</p><p>　　表2、控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表</p><p>　　下圖為交通燈控制電路的總邏輯圖（圖2）：</p><p><b

16、>　　二、單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）秒脈沖信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R6,C2的電阻電容值決定了脈沖寬度。</p><p>　　圖3 秒脈沖發(fā)生器原理圖</p><p>　　如圖3所示，R6、C2組成一個(gè)串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上

17、輸出一個(gè)方波信號(hào)，C2上得到一個(gè)三角波。此三角波送到NE555的2腳輸入端。由NE555內(nèi)部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號(hào)和3腳上的輸出方波。</p><p>　?。?）減法計(jì)數(shù)器     減法計(jì)數(shù)器是交通燈信號(hào)顯示數(shù)字的關(guān)鍵不輸出的狀態(tài)翻譯成南北向、東西向上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)。他是有兩個(gè)74ls192和一個(gè)或門組成的</p><

18、;p>　　十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192引腳圖管腳及功能表</p><p>　　74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：</p><p>　　圖5-4 74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào)</p><p>　?。╝）引腳排列      

19、;                 (b) 邏輯符號(hào)</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，          為非同步借位

20、輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。</p><p><b>　　其功能表如下：</b></p><p><b>　　減法計(jì)數(shù)器電路</b></p><p>　　將74ls192的UP端全部接高電位，正常工作時(shí)CLR接地。低位74ls192的DOWN端接秒脈沖信號(hào)，高

21、位74ls192的DOWN端接低位的借位端BO’。這樣就組成了100進(jìn)制以內(nèi)的減法計(jì)數(shù)器。再將高位的BO’端分別接到兩芯片的LOAD’端，每當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí)就會(huì)重新置數(shù)。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　單元設(shè)計(jì)電路如下圖所示：</p><p><b>　　（3）步驟控制器</b></p>

22、;<p>　　步驟控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換它是由倆片74ls148和一片74ls160，若干與門，或門，非門組成</p><p>　　優(yōu)先編碼器74ls148引腳圖管腳圖內(nèi)部功能表</p><p>　　在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。不過在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)，已經(jīng)將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同時(shí)存在兩個(gè)

23、或兩個(gè)以上輸入信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。74148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。</p><p>　　如圖所示的是八線-三線編碼器74148的慣用符號(hào)及管腳圖引腳圖。</p><p>　　74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號(hào)如圖中所標(biāo)。其中I0—I7為輸入信號(hào)，A2,A1,

24、A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。 </p><p>　　由74148真值表可列輸出邏輯方程為： </p><p>　　A2 = (I4+I5+I6+I7)IE </p><p>　　A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IE </p><p>　　A0 = (I

25、1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE </p><p>　　使能輸出端OE的邏輯方程為： </p><p>　　OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE </p><p>　　當(dāng)使能輸入IE=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。(如表5.

26、1.2第一行所示。) </p><p>　　當(dāng)使能輸入IE=0時(shí)，允許編碼，在I0～I(xiàn)7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。 </p><p>　　OE為使能輸出端，它只在允許編碼(IE=0)， 而本片又沒有編碼輸入時(shí)為0。如表5.1.2中第二行所示)。 </p><p>　　擴(kuò)展片優(yōu)先編碼輸出端GS的邏輯方程為

27、： </p><p>　　GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IE </p><p>　　GS為片優(yōu)先編碼輸出端，它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號(hào)時(shí)為0(如表5.1.2中第三至第十行)；若允許編碼而無編碼輸入信號(hào)時(shí)為1(如表5.1.2第二行)；在不允許編碼(IE=1)時(shí)，它也為1(如表5.1.2第一行)。 </p><p&g

28、t;　　GS = 0表示“電路工作，而且有編碼輸入” </p><p>　　74148優(yōu)先編碼器真值表 </p><p><b>　　步驟控制電路</b></p><p>　　先分別將74ls160的ENT、ENP、端全部接高電位，再將輸出端QA、QB接入與非門，然后再將與非門的輸出接到置數(shù)端LOAD’，就可以構(gòu)成一個(gè)四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。再將74

29、ls148的E1、GS與地連接，EO端接高電位，就可以讓74ls148把二進(jìn)制數(shù)翻譯成高低電平信號(hào)。減法計(jì)數(shù)器單元電路高位端輸出借位信號(hào)都能使該計(jì)數(shù)器加1。同時(shí)，QA、QB接到譯碼器74ls148的輸入端。由于74ls148的輸出為低有效，將輸出接了反相器后再結(jié)合門電路接到減法計(jì)數(shù)器電路的各個(gè)輸入端，即可做成一個(gè)按步置數(shù)的邏輯電路。</p><p>　　單元設(shè)計(jì)電路如下圖所示</p><p&g

30、t;<b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的努力，我終于完成了電子課程設(shè)計(jì)——交通燈控制電路系統(tǒng)。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了很多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電路的知識(shí)和有關(guān)器件的應(yīng)用。我深刻地體會(huì)到數(shù)字電子技術(shù)對(duì)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的重要作用。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多東西。社會(huì)的不斷發(fā)展電子

31、產(chǎn)品 實(shí)踐使我認(rèn)識(shí)到我現(xiàn)在所學(xué)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在實(shí)際操作應(yīng)用中有些問題還不能解決，所以我要在今后的學(xué)習(xí)中更加努力，學(xué)好自己的專業(yè)知識(shí)以充實(shí)自己，來適應(yīng)日新月異的現(xiàn)代社會(huì)。</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了如何利用網(wǎng)絡(luò)資源,學(xué)會(huì)了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學(xué)習(xí)和工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　六．附錄（元器件清單）</p>

32、;<p>　　74LS00 1片</p><p>　　74LS04 1片</p><p>　　74LS08 1片 </p><p>　　74LS32 1片</p><p>　　7

33、4LS160 1片</p><p>　　74LS192 2 片</p><p>　　試驗(yàn)箱 1個(gè)</p><p>　　白色面包板 1塊</p><p>　　導(dǎo)線 若干</p>

34、;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（數(shù)字部分）康華光主編 華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室</p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）康華光主編 華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室</p><p>　　《現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)踐課程指導(dǎo)》謝云 易波主編 機(jī)械工業(yè)出版社</p>