課程設(shè)計(jì)--交通信號燈的控制電路

1、<p><b>　　《數(shù)字電子技術(shù)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課 題：交通信號燈的控制電路</p><p><b>　　班 級：</b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b&

2、gt;</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言............................................3</

3、p><p>　　課程設(shè)計(jì)的要求和主要內(nèi)容.........................4</p><p>　　主控制器電路的設(shè)計(jì)...............................6</p><p>　　計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì).....................................12</p><p>　　譯碼驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)

4、...............................14</p><p>　　采用的原件.......................................15</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　紅綠燈

5、（交通信號燈）系以規(guī)定之時(shí)間上交互更迭之光色訊號，設(shè)置于交岔路口或其他特殊地點(diǎn)，用以將道路通行權(quán)指定給車輛駕駛?cè)伺c行人，管制其行止及轉(zhuǎn)向之交通管制設(shè)施。為一由電力運(yùn)轉(zhuǎn)之交通管制設(shè)施，以紅、黃、綠三色燈號或輔以音響，指示車輛及行人停止、注意與行進(jìn)，設(shè)于交岔路口或其他必要地點(diǎn)。</p><p><b>　　誕生</b></p><p>　　19世紀(jì)初，在英國中部的約克城，

6、紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦威斯敏斯會議大樓前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)，1868年12月10日，信號燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國鐵路信號工程師德·哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-----煤氣交通信號燈，這是第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉(zhuǎn)換提

7、燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。 </p><p>　　從此，城市的交通信號燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時(shí)已是“電氣信號燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號燈。 </p><p>　　隨著各種交通工具的

8、發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，它的誕生，使城市交通大為改善。</p><p>　　《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求</b></p><p>　　題目：交通信號燈控制電路的設(shè)計(jì)</p>

9、<p>　　要求：1.主干道經(jīng)常通行;</p><p>　　2.支干道有車才通行：</p><p>　　3.主、支干道均有車時(shí)，兩者交替通行，并要求主干道每次至少放行30秒，支干道每次至多放行20秒；</p><p>　　4.每次綠燈變紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘（此時(shí)原紅燈不變）。</p><p><b>　　電路方框原理

10、圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)重點(diǎn)要求是設(shè)計(jì)出主控制器、計(jì)時(shí)器。傳感器信號可以用邏輯開關(guān)代替，信號燈可以采用發(fā)光二級管，“秒”信號脈沖可以用1Hz脈沖信號代替。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)說明書的主要內(nèi)容（字?jǐn)?shù)；4000～5000字）：</p><p>　　1、設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求；</p><p>　　2、個(gè)

11、單元電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算，元器件選擇，電路圖等；</p><p>　　3、整體電路的工作原理說明；</p><p>　　4、用EWB或Multisim繪制原理圖，仿真。</p><p><b>　　主控制器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　從所給的題目可知，本實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)師關(guān)于交通信號燈電路的控制，其中要求中提到支道有

12、才通行，主道是要經(jīng)常通行，則此時(shí)主道應(yīng)該為綠燈，支道應(yīng)該為紅燈。當(dāng)支道和主道都有車要通行時(shí)，則主道和支道交替通行，且當(dāng)綠燈變紅燈需經(jīng)過黃燈，二紅燈變綠燈則不需要。</p><p>　　根據(jù)題目要求可分為4種情況：</p><p>　　主道為綠燈時(shí)，支道為紅燈；</p><p>　　主道為黃燈時(shí)，支道為紅燈；</p><p>　　主道為紅燈時(shí)，

13、支道為綠燈；</p><p>　　主道繼續(xù)為紅燈時(shí)，支道轉(zhuǎn)為黃燈；按照這4個(gè)狀態(tài)循環(huán)</p><p><b>　　一、狀態(tài)分析</b></p><p>　　由于有四種狀態(tài)2n=4,則n=2。我們可以確定主控制器中必須有兩個(gè)觸發(fā)器。本實(shí)驗(yàn)中選擇的是74109的JK觸發(fā)器。</p><p>　　接下來設(shè)計(jì)具體的電路，按以下

14、幾個(gè)步驟：</p><p>　　把主道為紅，支道為綠,記為狀態(tài)S0；</p><p>　　把主道為黃，支道為紅,記為狀態(tài)S1；</p><p>　　把主道為紅，支道為綠,記為狀態(tài)S2；</p><p>　　把主道為紅，支道為黃,記為狀態(tài)S3；</p><p><b>　　二、狀態(tài)表</b><

15、/p><p>　　S0用“00”表示，S1用“01”，S2用“10”，S3用“11”，則可列出下表</p><p><b>　　表 1</b></p><p>　　結(jié)合題目分析上表可知，</p><p>　　1.當(dāng)電路處于S0有兩種可能：①主干道有車支干道無車；②主干道和支干道都有車但是沒過30'。</p>

16、;<p>　　2.當(dāng)電路處于S1時(shí)，沒過5'。</p><p>　　3.當(dāng)電路處于S2時(shí)也有兩種可能：①支干道有車，主干道無車；②主、支干道都有車但是沒過20'。</p><p>　　4.當(dāng)電路處在S3時(shí)，沒過5'。</p><p>　　5.當(dāng)由S0轉(zhuǎn)換為S1時(shí)的條件是：①主干道無車，支干道有車；②主干道和支干道都有車但是過了3

17、0'。</p><p>　　6.當(dāng)由S1轉(zhuǎn)換為S2時(shí)的條件是過了5'。</p><p>　　7.當(dāng)由S2裝換為S3時(shí)的條件是：①支路無車，主干道有；②主支都有但是過了20'。</p><p>　　8.當(dāng)由S3裝換為S0時(shí)的條件是：過了5'。</p><p><b>　　三．狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</b>

18、;</p><p>　　根據(jù)上訴4種狀態(tài)可以列出下面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　四、邏輯抽象</b></p><p>　　1.對主干道與支干道有無車進(jìn)行抽象，令主干道有車時(shí)記為A=1，無車時(shí)記為A=0;</p><p>

19、;　　支干道有車時(shí)記為B=1，無車時(shí)記為B=0；</p><p><b>　　表2</b></p><p>　　對30'，20'，5'是否到來進(jìn)行抽象，令①30’到來時(shí)記為L=1，沒到記為L=0;</p><p>　　②20'到來時(shí)記為S=1，沒來記為S=0；</p><p>　?、?&#

20、39;到來時(shí)記為P=1，沒來記為P=0;</p><p><b>　　表3</b></p><p><b>　　則圖二可以轉(zhuǎn)換為：</b></p><p><b>　　圖三</b></p><p><b>　　五、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</b></p>

21、<p>　　由圖三可以列出相應(yīng)的狀態(tài)裝換表，如下所示：</p><p><b>　　表四</b></p><p><b>　　六、列出邏輯函數(shù)式</b></p><p>　　運(yùn)用Multisimz中的邏輯轉(zhuǎn)換功能（Logic Converter）可以分別計(jì)算出Q2*，Q1*的最簡邏輯式如圖四，圖五所示：</

22、p><p><b>　　Q1*的化簡結(jié)果：</b></p><p><b>　?。▓D四）</b></p><p><b>　　Q2*的化簡結(jié)果：</b></p><p><b>　?。▓D五）</b></p><p><b>　

23、　由上圖可知</b></p><p>　　Q1*=A'BFG'+AB'FG'+E'G+BCF'G'+ADFG'=A'BQ2Q1+AB'Q2Q1'+P'Q1+</p><p>　　BLQ2'Q1'+ASQ2Q1'</p><p>　　Q2

24、*=AFG'+E'FG+EF'G+BFG'=AQ2Q1'+P'Q2Q1+PQ2'Q1+BQ2Q1'</p><p>　　Q1*，Q2*為主控制器的輸出，因?yàn)檩敵龇匠淌津?qū)動方程帶入JK觸發(fā)器的特性方程得出的，所以可以分離出JK觸發(fā)器的驅(qū)動方程：</p><p>　　JK觸發(fā)器的特性方程為：J=JQ'+K'Q,則：

25、</p><p>　　Q1*=A'BFG'+AB'FG'+E'G+BCF'G'+ADFG'=A'BQ2Q1+AB'Q2Q1'+P'Q1+</p><p>　　BLQ2'Q1'+ASQ2Q1'=(A'BQ2+AB'Q2+ASQ2+BLQ2')Q1&#

26、39;+P'Q1</p><p>　　Q2*=AFG'+E'FG+EF'G+BFG'=AQ2Q1'+P'Q2Q1+PQ2'Q1+BQ2Q1'=PQ1Q2'+(AQ1 +P'Q1+BQ1')Q2</p><p>　　從上式中可得：J1=A'BQ2+AB'Q2+ASQ2+BLQ2&#

27、39;</p><p><b>　　K1'=P';</b></p><p><b>　　J2=PQ1</b></p><p>　　K2'=AQ1 +P'Q1+BQ1';</p><p>　　七、選用芯片，按要求連接電路</p><p>

28、　　選用74109JK觸發(fā)器，將J1，K1所表示的電路接入第一塊芯片的1J與1K'，J2，K2接入第二片的2J,2K'上，兩塊芯片的CLR'不接，VCC接高電平，GND接地，時(shí)鐘信號接同步的脈沖信號，信號脈沖頻率為1Hz.</p><p>　　上從上述驅(qū)動方程可以連接出以下電路圖：</p><p><b>　?。▓D6）</b></p>

29、;<p><b>　　計(jì)時(shí)器電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)的及時(shí)器有3種類型，30'，20'，10'計(jì)時(shí)，而且每個(gè)計(jì)時(shí)器響應(yīng)時(shí)相應(yīng)的條件也不相同，所以需要3種不同的及時(shí)器記錄三種時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)選用的是74160二進(jìn)制計(jì)時(shí)器。Q2'Q1'</p><p><b>　　一、計(jì)時(shí)條件</b&

30、gt;</p><p>　　當(dāng)電路進(jìn)行及時(shí)時(shí)需要在一定的條件下進(jìn)行：</p><p>　?、佼?dāng)進(jìn)行30'記時(shí)條件是主干道和支干道均有車且處在So的狀態(tài)</p><p>　　②當(dāng)進(jìn)行20'記時(shí)條件是主干道和支干道均有車且處在S2的狀態(tài)</p><p>　　③當(dāng)進(jìn)行5'記時(shí)條件是主干道和支干道均有車且處在S1或者S3的狀態(tài)

31、</p><p>　　對應(yīng)上述條件可列出計(jì)時(shí)的時(shí)候，不同時(shí)間的電路所需的邏輯條件：</p><p>　　①進(jìn)行30'計(jì)時(shí)時(shí)，邏輯條件為ABQ2'Q1'</p><p>　　②進(jìn)行20'計(jì)時(shí)時(shí)，邏輯條件為ABQ2Q1'</p><p>　?、圻M(jìn)行5'計(jì)時(shí)時(shí)，邏輯條件為ABQ2'Q1+ABQ

32、2Q1</p><p><b>　　芯片選擇</b></p><p>　　由于每一種邏輯條件下只能讓一個(gè)計(jì)時(shí)器工作，所以這里用到的是74HC138（3線--8線譯碼器）當(dāng)輸入一種狀態(tài)，輸出只有與之對應(yīng)的輸出端輸出低電平，下圖為條件控制的電路</p><p><b>　?。▓D7）</b></p><p&g

33、t;　　將Y4反向后端接入30'計(jì)時(shí)的EP,ET,將Y6反向接入20'計(jì)時(shí)的EP,ET.將Y5與Y7反向后經(jīng)過一個(gè)與門接入5'計(jì)時(shí)的EP,ET上，即完成主控制器對計(jì)時(shí)器的選擇。</p><p>　　在計(jì)時(shí)器的電路方面，由于選用的是74160，則應(yīng)把邏輯條件作為計(jì)時(shí)器的控制端，接與EP,ET上，當(dāng)邏輯條件為“1”時(shí)，EP=ET=1，芯片工作。時(shí)鐘信號選用同步時(shí)鐘與主電路選用相同脈沖信號，此處

34、用的是同步置零的方法，當(dāng)要設(shè)計(jì)一個(gè)30'時(shí)，須從29的狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)反向接入同步置數(shù)端，當(dāng)要接一個(gè)20'時(shí)須從19的狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)反向接入同步置數(shù)端，當(dāng)要接5'時(shí)須從4的狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)反向接入同步置數(shù)端.，輸入信號統(tǒng)一接地，各個(gè)電路的進(jìn)位輸出作為時(shí)鐘型號是否到來的標(biāo)志接入主控制器。</p><p>　　具體的，在30'計(jì)時(shí)器中，第二塊芯片的Q1，與第一塊芯片的Q3，Q0共同接入一個(gè)與非門

35、，經(jīng)過一次與非接入LD'中，輸出信號為置零信號取反作為30'計(jì)時(shí)標(biāo)志，接入主控制器，記為“L”。</p><p>　　在20'計(jì)時(shí)器中，第二塊芯片的Q0，與第一塊芯片的Q3，Q0共同接入一個(gè)與非門，經(jīng)過一次與非接入LD'中，輸出信號為置零信號取反作為20'計(jì)時(shí)標(biāo)志，接入主控制器，記為“S”。</p><p>　　在5'計(jì)時(shí)器中，將Q2接入非門

36、接入LD'中，輸出信號為置零信號取反作為20'計(jì)時(shí)標(biāo)志，接入主控制器，記為“P”。</p><p><b>　　電路如圖所示：</b></p><p><b>　?。▓D8）</b></p><p><b>　　譯碼器電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b

37、>　　邏輯轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　將主干道的紅，綠，黃分別設(shè)為R,Y,G。</p><p>　　將支干道的紅，綠，黃分別設(shè)為r,y,g.</p><p><b>　　信號譯碼器的真值表</b></p><p>　　由于是主控制器的Q1，Q2控制燈的明暗，由主控制器的轉(zhuǎn)換圖可以知道：

38、 </p><p>　?、佼?dāng)主干道為紅，支干道為綠，電路處在S0狀態(tài),此時(shí)Q1=0，Q2=0;</p><p>　?、诋?dāng)主干道是黃，支干道為紅，電路處在S1狀態(tài),此時(shí)Q1=1，Q2=0;</p><p>　　③當(dāng)主干道是紅，支干道是綠，電路處在S2狀態(tài),此時(shí)Q1=0，Q2=1;</p><p>　?、墚?dāng)主干道是綠

39、，支干道是黃，電路處在S3狀態(tài),此時(shí)Q1=1，Q2=1.</p><p><b>　　列出卡洛圖</b></p><p>　　R的卡洛圖，化簡得：R=Q1'Q2 r的卡洛圖，化簡得；r=Q1'Q2'+Q1Q2'</p><p>　　Y的卡洛圖，化簡得：Y=Q1Q2' y的卡洛圖，化

40、簡得：y=Q1Q2 </p><p>　　G的卡洛圖，化簡得；G=Q1'Q2'+Q1Q2 g的卡洛圖，化簡得；g=Q1'Q2</p><p>　　根據(jù)上述邏輯式可設(shè)計(jì)出譯碼器電路圖，如下圖所示；</p><p>　　將上訴三種電路按步驟連接起來就得到最后的交通信號燈的控制電路，此電路以同一的脈沖為1Hz的信號為時(shí)鐘信號，主控制器采用兩片

41、JK觸發(fā)器，輸入信號為傳感器的輸出A,B和時(shí)間控制信號L,S,P.輸出為Q1，Q2作為譯碼器電路的輸入信號，計(jì)時(shí)器采用了個(gè)74138（3線---8線譯碼器）對輸入條件進(jìn)行控制，當(dāng)一個(gè)條件到來時(shí)，只會有一個(gè)時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)。計(jì)時(shí)器才用的是74160二進(jìn)制計(jì)時(shí)器，才用同步置零的方法對時(shí)間進(jìn)行控制。（整體電路圖鑒附錄一）</p><p><b>　　采用的元器件有：</b></p>&l

42、t;p><b>　　74138譯碼器</b></p><p>　　兩個(gè)74109JK觸發(fā)器，</p><p>　　五個(gè)74160計(jì)時(shí)器，</p><p>　　若干與非門，導(dǎo)線若干，脈沖輸入信號器。</p><p>　　6個(gè)指示燈，5個(gè)數(shù)字顯示器。 </p><p><b>　　課程

43、設(shè)計(jì)總結(jié)與體會</b></p><p>　　經(jīng)過緊張而有辛苦的二周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了．通過此次課程設(shè)計(jì)，自己也學(xué)到的很多。不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，在和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)的過程中也學(xué)會了合作，也學(xué)會了做人與處世。</p><p>　　通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意思和競爭意識，熟悉掌握了課程設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，也培養(yǎng)了分析和解決問題的能力。</p>

44、<p>　　在具體做的過程中，從設(shè)計(jì)到計(jì)算，從分析到繪圖，讓我更進(jìn)一步的明白了作為一個(gè)設(shè)計(jì)人員要有清晰的頭腦和整體的布局，要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和不厭其煩的細(xì)心，要有精益求精、追求完美的一種精神。說實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累．然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，漫漫回味這2周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓悟． 通過課程設(shè)計(jì)，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細(xì)致．課程設(shè)計(jì)過程中，許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂：有2

45、次因?yàn)椴恍⌒奈矣?jì)算出錯(cuò)，只能重來． 這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練． 短短2周是課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足。</p><p>　　在這個(gè)過程中，要謝謝老師對我的教導(dǎo)，在老師的講解下讓我對整個(gè)設(shè)計(jì)過程以及繪圖過程有了很好的了解，對我后面的整體的設(shè)計(jì)和繪圖的進(jìn)行有了很大的幫助，是您的敬業(yè)精神感動了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期

46、望鼓勵(lì)了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅(jiān)硬的翅膀．在這個(gè)過程中也遇到了些許的問題，在面對這些問題的時(shí)候自己曾焦慮，但是最后還是解決了。只有這樣把自己身置于具體的問題之中,我們才能更好的解決問題.。</p><p>　　現(xiàn)在把這個(gè)課程做完了才發(fā)現(xiàn)自己對以前學(xué)的知識點(diǎn)有了更好的理解，知識只有放在實(shí)踐運(yùn)用上才能體現(xiàn)他的價(jià)值才能更好地被大家接受，所以這門實(shí)踐課是很有必要開設(shè)的，也是大家很有必要去認(rèn)真做的。</