電工課程設(shè)計(jì)----交通信號(hào)燈原理設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子與電工技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　實(shí)</b></p><p><b>　　驗(yàn)</b></p><p><b>　　報(bào)</b></p><p><b>　　告</b></p><p>　　題目：

2、交通信號(hào)燈控制電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　專業(yè)： </b></p><p><b>　　班級(jí)： </b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p><b

3、>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　時(shí)間：</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p>　　為了確保十字路口的車輛順利通過，往往采用自動(dòng)控制的交通燈信號(hào)燈來進(jìn)行指揮。</p><p>　?。?）其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通

4、行；</p><p>　?。?）黃燈（Y）亮表示停車，綠燈（G）亮表示允許通行；</p><p>　?。?）黃燈亮?xí)r要求每秒鐘閃亮一次；</p><p>　?。?）東西、南北方向除了有紅（R）、黃（Y）、綠（G）燈指示外，每一種燈亮的時(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計(jì)時(shí)的方法）；</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求</p>

5、<p>　?。?）復(fù)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）復(fù)習(xí)多路數(shù)據(jù)選擇器、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器的工作原理。</p><p>　　（3）根據(jù)交通燈控制系統(tǒng)框圖，畫出完整電路圖。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)原理與電路</b></p><p>　　1.分析系統(tǒng)邏輯功能，畫出系統(tǒng)框圖</p

6、><p><b>　　控制系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　交通燈原理控制如上圖所示，它主要由秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)器、譯碼器、控制器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是本實(shí)驗(yàn)中控制器和定時(shí)器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它接受來自定時(shí)器的信息后控制譯碼器工作。</p><p>&

7、lt;b>　　2.單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）控制器</b></p><p>　　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。</p><p>　?。?）交通燈的四種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是由控制器進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換的，它們的工作方式滿足如右圖順序工作流程，設(shè)東西向的紅、黃、綠燈分別為EW(

8、R)、EW(Y)、EW(G)，南北向的紅、黃、綠燈分別為NS(R)、NS(Y)、NS(G）。</p><p>　　狀態(tài)1：東西方向車道的綠燈亮，車道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行。</p><p>　　狀態(tài)2：東西方向車道的黃燈亮，車道緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；</p><p>　　狀態(tài)3：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；南北方向車道的

9、綠燈亮，車道通行；</p><p>　　狀態(tài)4：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行；南北方向車道的黃燈亮，車道緩行；</p><p>　　四個(gè)狀態(tài)用時(shí)所占比例分別為5:1:5:1,所以，計(jì)數(shù)器每次工作的循環(huán)周期為12，所以可以選擇12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模74LS164八位移位寄存器組成鈕環(huán)形12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，鈕環(huán)形計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)如下表所示：</p>

10、;<p>　　根據(jù)狀態(tài)表，列出東西方向和南北方向綠、黃、紅的邏輯表達(dá)式：</p><p><b>　　東西方向 </b></p><p><b>　　綠: </b></p><p><b>　　黃: </b></p><p><b>　　紅: </

11、b></p><p><b>　　南北方向 </b></p><p><b>　　綠: </b></p><p><b>　　黃: </b></p><p><b>　　紅: </b></p><p>　　由于黃燈要求閃耀幾次

12、，所以用時(shí)標(biāo)1秒和EWY或NSY黃燈信號(hào)相“與”即可。</p><p>　　交通燈時(shí)序工作流程圖</p><p><b>　?。?）顯示控制部分</b></p><p>　　顯示控制部分是一個(gè)定時(shí)控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計(jì)數(shù)器開始工作（用對(duì)方的紅燈信號(hào)控制），每來一個(gè)秒脈沖，使計(jì)數(shù)器減1，直到計(jì)數(shù)器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248

13、 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LED顯示器，計(jì)數(shù)器采用可預(yù)置加、減法計(jì)數(shù)器，如74LS168，74LS193等。</p><p><b>　　倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀的把握時(shí)間。兩個(gè)方向的工作時(shí)序：東西向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于南北向亮黃燈和綠燈時(shí)間之和，南北向亮紅燈應(yīng)等于東西向亮黃燈和綠燈時(shí)間之和。假設(shè)每個(gè)

14、單位時(shí)間為5s，則南北、東西向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為25，5，30s，一次循環(huán)為60s。其中，紅燈亮的時(shí)間為綠燈、黃燈亮的時(shí)間之和，黃燈是間歇閃耀。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直到減到數(shù)為“0”。十字路口綠、紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，再進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計(jì)時(shí)過程中，計(jì)數(shù)器還向譯碼器提供模5的定時(shí)信號(hào)T5和模0的定時(shí)信號(hào)T0。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS168進(jìn)行設(shè)計(jì)。74LS

15、168是十進(jìn)制4位同步可逆計(jì)數(shù)器。</p><p>　　74LS168引腳圖以及功能圖</p><p>　　現(xiàn)選用兩個(gè)74LS168芯片級(jí)聯(lián)成一個(gè)從可任意設(shè)定時(shí)間00~99倒計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器，將計(jì)數(shù)器的P、T接地，將東西方向的兩個(gè)計(jì)數(shù)器LD通過與非門連接起來，十位的CP端與個(gè)位的U\D端相連，將十位的A,C,D接地，B端接“1”，個(gè)位的A,B,D接地，C端接“1”，輸出端依次與74LS248相

16、連。南北方向的計(jì)數(shù)器，接線與東西方向的相同，其中作為個(gè)位數(shù)的74LS168芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器（頻率為1），當(dāng)個(gè)位數(shù)減到0時(shí)，再減1就會(huì)變成9，0（0000）和9（1001）之間的QA、QD同時(shí)由0變?yōu)?，把QA、QD與起來接在十位數(shù)的CLK端，此時(shí)會(huì)給十位數(shù)74LS168芯片一個(gè)脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。</p><p>　　決定倒計(jì)時(shí)是置數(shù)，還是計(jì)數(shù)。工作開始時(shí)，LD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD變

17、為1，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00時(shí)，LD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。</p><p><b>　　顯示控制與譯碼器</b></p><p>　　向譯碼器提供模5的定時(shí)信號(hào)T5和模0的定時(shí)信號(hào)T0：T0表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時(shí)間，因?yàn)榈?0時(shí)，計(jì)數(shù)器重新置數(shù)），T0=1，此時(shí)T0給譯碼器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一

18、個(gè)方向的綠燈亮，另一個(gè)方向的紅燈亮。接法為：把兩個(gè)74LS168計(jì)數(shù)器的8個(gè)輸出端用一個(gè)集成的八輸入一輸出或門連起來。T5表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“05”時(shí)。T5=1，此時(shí)T5給譯碼器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“05”（0000 0101）時(shí)，把十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD連同個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QB、QD用一個(gè)或非門連起來，再把這個(gè)或非門與個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QC用一個(gè)與非門連接

19、起來。</p><p>　　譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出74LS248是BCD碼到七段碼的顯示譯碼器，它可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　74LS248的外引線排列圖和狀態(tài)表</p><p>　?。?）夜間黃燈閃爍控制</p><p>　　在夜間將開關(guān)S1接地，此時(shí)，東西、南北方向的紅燈和綠燈輸入的是低電平，所以紅燈和綠燈不

20、亮，黃燈輸入的是頻率為“1”的脈沖，黃燈以頻率為“1”閃爍。</p><p>　　2）汽車模擬控制電路</p><p>　　當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向的發(fā)光二極管接通，并一個(gè)一個(gè)向前移動(dòng)，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移位放光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管繼續(xù)向前移動(dòng)；紅燈亮?xí)r，則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。它

21、由74LS164組成鈕環(huán)形計(jì)數(shù)器，由秒脈沖電路經(jīng)分頻后（4分頻）輸入給74LS164，這樣，74LS164為每4秒向前移一位（計(jì)數(shù)一次）</p><p>　　74LS164外引線及排列圖</p><p>　　74LS164真值表</p><p>　　74LS164時(shí)序圖</p><p><b>　　汽車模擬控制電路圖</b&g

22、t;</p><p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備</b></p><p>　?。?）數(shù)字電子技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)箱</p><p><b>　　（2）直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　?。?）交通信號(hào)燈</b></p><p>　　（4）集成電

23、路：74LS168,74LS248,及門電路等</p><p><b>　　（5）電阻</b></p><p><b>　?。?）開關(guān)</b></p><p><b>　　六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</b></p><p>　　用移位寄存器組成汽車模擬控制系統(tǒng)，當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈

24、亮“G”信號(hào)，使該電路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則該方向的移位停止，為南北方向的汽車模擬控制電路。</p><p>　　當(dāng)東西方向綠燈亮，而南北方向紅燈亮?xí)r，南北方向的74LS168以減法計(jì)數(shù)器方式工作，從數(shù)字“30”開始向下減，當(dāng)減到“5”時(shí)，綠燈滅而黃燈亮（閃耀）直至到“0”，然后紅燈亮。計(jì)數(shù)器又從“30”開始以減法計(jì)數(shù)，一直到“0”，然后綠燈亮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。</p><p

25、>　　由于公路在不同時(shí)間段內(nèi)，行車量不同，可以修改行車時(shí)間，以改變交通狀況。</p><p><b>　　七、參考資料</b></p><p>　　1、《電子線路技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》</p><p>　　2、《數(shù)字電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程》</p><p>　　3、《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程》</p><p

26、><b>　　八、總結(jié)體會(huì)</b></p><p>　　開始拿到題目的時(shí)候，還不知道怎么去做，因?yàn)樽约簩?duì)這門課的一般設(shè)計(jì)都不怎么會(huì)。對(duì)很多芯片的功能都不是很清楚。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力。現(xiàn)在設(shè)計(jì)已經(jīng)做好了，自己感覺還是比較好的，雖然花了很多時(shí)間，但學(xué)到了很多東西。做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，自己把整個(gè)書本都看了幾遍，增強(qiáng)

27、了自己對(duì)知識(shí)的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在基本上已經(jīng)解決了。</p><p>　　在課程設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于同一個(gè)問題，我想過很多個(gè)方案。像計(jì)數(shù)器的的接法，我都想了很多不同的接法，運(yùn)用不同的芯片進(jìn)行比較，最后還是采取了上面的方法進(jìn)行連接。在連線的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些問題，比如接錯(cuò)線，無意中刪除了一些線等，有時(shí)會(huì)感到力不從心的。從開始做課程設(shè)計(jì)那天起腦子中天天都想著同樣的問題，怎么去接線，怎么把電路弄得更加簡(jiǎn)單