電子技術(shù)課程設(shè)計 交通燈控制器

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1、電子技術(shù)課程設(shè)計 ――交通燈控制器 學(xué)院： 專業(yè)、班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 目錄 一．設(shè)計任務(wù)與要求―――――――――――――――(3) 二．總體框圖――――――――――――――――――(4) 三．選擇器件――――――――――――――――――(5) 四．功能模塊――――――――――――――――――(9) 五．總體設(shè)計電路――――――――――――――――(12) 六．心得體會――――――――――――――――――(13) 交通燈控制器

2、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(shè)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(dāng)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(zé)任為它的更加先進(jìn)和快捷做出力所能及的事情。我們設(shè)計了這個交通燈信號控制系統(tǒng)通過本課程設(shè)計，使我們加強(qiáng)對電子技術(shù)課程內(nèi)容的理解和掌握，學(xué)會使用數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計和制做自動控制裝置的方法，掌握電子電路的基本分析方法和設(shè)計方法，進(jìn)一步提高分析解決實際問題的綜合能力，也為將來的就業(yè)或繼續(xù)深造做好準(zhǔn)備。 一．設(shè)計任務(wù)與要求 1．設(shè)計任務(wù)與要求 設(shè)計一個十字路口的交通信號燈控制器，控制A、B兩條交叉

3、道上的車輛通行，具體要求如下： （1） 每條道路設(shè)一組信號燈控制器，每組信號燈由紅、黃、綠3個燈組 成，綠燈表示允許通行，黃燈表示該車道上已過停車線的車輛繼續(xù)通行，未過停車線的車輛停止通行。 （2） 每條道路上每次通行的時間為25s。 （3） 每次變換通行車道之前，要求黃燈先亮5 s，才能變換通行車道。 2. 設(shè)計目的 （1）了解并掌握電路的一般設(shè)計方法，具備初步的獨立設(shè)計能力。 （2）進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。 （3）提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識。獨立分析和解決問題的能力。 （4）進(jìn)一步熟悉電子儀器的正確使用方法。 （5）

4、初步掌握對電子線路安裝與調(diào)試使用方法。 二．總體框圖 有一個A車道和B車道的交叉路口如圖1所示。每邊都設(shè)置紅、綠、黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行；綠燈亮表示可以通而在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘，以便在停車線以外的車輛停止運(yùn)行。當(dāng)A、B車道都有車時，兩邊按規(guī)定的時間交替通行。 分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖： ???交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1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(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)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。圖

5、中： TL: 表示Ａ車道或Ｂ車道綠燈亮的時間間隔為25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(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 圖１交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 1．定時器： 以秒脈沖作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖。計數(shù)器用兩塊74LS163構(gòu)成，TY和TY為計數(shù)器的輸出信號。ST為狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號，每當(dāng)ST輸出一個正脈沖，計數(shù)器進(jìn)行一輪計數(shù)。 按設(shè)計要求記“秒”脈沖

6、的數(shù)目，完成計時任務(wù)，向控制器發(fā)出相應(yīng)的定時信號，控制A、B車道通車時間和綠燈變紅燈的切換時間。 2．控制器： 控制起有四個狀態(tài)，因此可由兩個觸發(fā)器構(gòu)成，本設(shè)計中選用兩個D觸發(fā)器產(chǎn)生四個狀態(tài)?？刂破鞯妮斎霝橛|發(fā)器的現(xiàn)態(tài)以及TL和TY ，控制器的輸出為觸發(fā)器的次態(tài)和控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 根據(jù)秒脈沖信號發(fā)生器和定時器送來的信號，保持或改變電路的狀態(tài)，以實現(xiàn)對A、B車道車輛運(yùn)行狀態(tài)的控制。 3．譯碼驅(qū)動電路： 譯碼器的作用是將控制器輸出Q1，Q0構(gòu)成的四種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成為A， B車道上六個信號燈的控制信號。 按照控制器所處的狀態(tài)進(jìn)行譯碼，再驅(qū)動相應(yīng)的信號燈，指揮A、B 車道

7、的行人。 　 擴(kuò)展功能： 1、能實現(xiàn)的功能 交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和倒計時時間的顯示，基本能實現(xiàn)東西、南北直行和轉(zhuǎn)彎燈的顯示功能。 2、不足之處 （1）我所用的是一個大的計數(shù)器來實現(xiàn)交通燈的控制電路的設(shè)計，若能使用雙進(jìn)程狀態(tài)機(jī)描述會使程序更加簡練，而且狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系更加明朗。 （2）另外，在現(xiàn)實中晚上沒有行人，可以不用交通燈控制，只需要黃燈亮著提醒人們前方有路口即可。那就需要一個始終顯示模塊，指定的時間內(nèi)回到初始狀態(tài)也就是我用的EN=0是的狀態(tài)。只是人為控制，若有24小時的計時會使交通燈的控制智能化。 （3）有些城市的交通燈中也有右轉(zhuǎn)燈，這個程序

8、中有很多地方仍然需要改進(jìn)。 三．選擇器件 主要元器件：74LS163 74LS153 74LS74 74LS04 74LS08 NE555 發(fā)光二極管 電阻 電容 （1）。74LS74 74LS74是雙D觸發(fā)器， （2）。74LS163 74LS163是4位二進(jìn)制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖如圖所示，其功能表如表1 ，2所示。 邏輯符號 表1是74ls163的功能表： 表2是控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：

9、 （3）．74LS153 74LS153是雙四選一數(shù)據(jù)選擇器，通過選擇不同的地址代碼（即A1、A0的狀態(tài)），即可從四個輸入數(shù)據(jù)中選出所要的一個，并送至輸出端Y。 邏輯符號 圖2 4選1數(shù)據(jù)選擇器內(nèi)部邏輯圖 數(shù)據(jù)選擇器又稱多路選擇器、多路開關(guān)。它是一個多輸入、單輸出電路。數(shù)據(jù)選擇器在地址碼（或叫選擇控制）電平的控制下，從幾個數(shù)據(jù)輸入中選擇一個，并將其送到輸出端。常見的數(shù)據(jù)選擇器有2選1、4選1、8選1和16選1等數(shù)據(jù)選擇器。 圖2是74LS153集成塊中一個4選1數(shù)據(jù)選擇器的邏輯圖，真值表為表3　 其

10、中C0~C3為數(shù)據(jù)輸入端，Y為輸出端，A、B稱為地址輸入端。A、B的狀態(tài)起著從4路輸入數(shù)據(jù)中選擇哪1路輸出的作用。為使能端，低電平有效，=0時，數(shù)據(jù)選擇器工作；=1時，電路被禁止，輸出0，輸出狀態(tài)與輸入數(shù)據(jù)無關(guān)。注意A、B地址在集成塊中由2個4選1共用，高位為B，低位為A，BA=01時，Y=C1，BA=10時，Y=C2。 　 測試74LS153的邏輯功能：按照表５的真值表測試4選1數(shù)據(jù)選擇器，數(shù)據(jù)輸入端C0～C3可接電平開關(guān)，也可分別接頻率不同的脈沖源。 　　　　　　　　　　　　表３ 4選1數(shù)據(jù)選擇器真值表 選擇輸入 數(shù)據(jù)輸入 選通 輸出 B A C0 C1

11、C2 C3 Y X X0 00 00 10 11 01 01 11 1 X X X X0 X X X1 X X XX 0 X XX 1 X XX X 0 XX X 1 XX X X 0X X X 1 100000000 001010101 　　注：Ｘ為任意態(tài) 四．功能模塊 １．單元電路的設(shè)計 ??（1）控制器 ???? 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)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表4所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存

12、器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)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(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1＝ 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項"X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 表4 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 根據(jù)表4可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)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： ????以上三個邏輯函數(shù)可用多種方法實現(xiàn)，

13、本設(shè)計選用四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實現(xiàn)，這種實現(xiàn)方法比較簡單。觸發(fā)器采用雙D觸發(fā)器74LS74，設(shè)計中將觸發(fā)器的輸出看作邏輯變量，將TY、TL看作輸入信號，按照由數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)邏輯函數(shù)的方法實現(xiàn)以上三個邏輯函數(shù)，由此得到控制器的原理圖，如圖3所示。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。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路，保證觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，觸發(fā)器的時鐘輸入端輸入1Hz秒脈沖。 圖3控制器電路圖 2.Multism2001的仿真結(jié)果： 控制器：

14、 2．在模擬、數(shù)字實驗箱上驗證模塊設(shè)計的正確性 五．總體設(shè)計電路圖　 １．總體電路圖 2.Multism2001的仿真結(jié)果： 仿真結(jié)果如下： （1）A車道綠燈亮?xí)r，B車道紅燈亮?！??? （2）A車道黃燈亮?xí)r，B車道紅燈亮?！??? （3）A車道紅燈亮?xí)r，B車道綠燈亮?！??? （4）A車道紅燈亮?xí)r，B車道黃燈亮。　 3．在模擬、數(shù)字實驗箱上驗證模塊設(shè)計的正確 1）．設(shè)計、組裝譯碼器電路，其輸出接A、B車道上的6只信號燈（實驗時用發(fā)光二極管代替），驗證電路的邏輯功能。 2）．設(shè)計、組裝秒脈沖產(chǎn)生電路。 3）．組裝、調(diào)試定時電

15、路。當(dāng) CP信號為 1Hz正方波時，畫出CP、 Q0、 Q1、 Q2、Q3、Q4、TL．、TY的波形，并注意它們之間一的時序關(guān)系。 4）．組裝、調(diào)試控制器電路。 5）．完成交通燈控制電路的聯(lián)調(diào)，并測試其功能。 實驗結(jié)果 ： 設(shè)A 、B通道各有紅綠黃三只燈，交通燈顯示情況： （ 1 ）A車道綠燈，B車道紅燈； （ 2 ）A車道紅燈，B車道綠燈； （ 3 ）A車道黃燈，B車道紅燈； （ 4 ）A車道紅燈，B車道黃燈； （ 1 ） → （ 3 ） →（ 2 ）→（ 4 ）→ （ 1 ）。 其中（ 1 ）、（ 2 ）持續(xù) 25 秒，（ 3 ）、（ 4 ）持續(xù) 5

16、秒。 六、心得體會 電子技術(shù)課程設(shè)計是電子技術(shù)課程的實踐性環(huán)節(jié)，這次交通信號燈控制器的設(shè)計 不僅要綜合運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論知識，而且還需要獨立進(jìn)行電路設(shè)計的能力，并要求具有較強(qiáng)的動手能力，因此做好這個課題設(shè)計將受益非淺。下面就本次課程設(shè)計的收獲和體會做幾點總結(jié)。

17、 這次設(shè)計所用到的芯片基本上都是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所學(xué)過的，因此遇到的困難不是很多。但如果涉及到未學(xué)過芯片，這時就要考察我們收集資料的能力，現(xiàn)在大、中規(guī)模的芯片很多，我們不可能把每個芯片的管腳都記住，但

18、是解讀芯片功能的方法是一樣的，要綜合分析它的功能表和輸入輸出的邏輯關(guān)系式，同時還要注意有的芯片的使能端，可以作為擴(kuò)展端，這是我學(xué)習(xí)用芯片的一點體會。 這次電路板接線的要求是“橫平豎直”，不“飛線”，不“跳線”。這也是培養(yǎng)我們以后研制電子產(chǎn)品應(yīng)具備工藝美觀的思想。因此不僅要求我們具有很好動手能力，還要有瞻前顧后的理念，要做到這一點需要對電路的工作原理，即信號的流向非常熟悉。工藝設(shè)計是開發(fā)電子產(chǎn)品不可缺少的一步，不可小視。 課程設(shè)計另外的一個目的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。一個電路往往經(jīng)過一些小的修改就能有其他的功能，要善于理論聯(lián)系實際的展開問題，然后分析問題，解決問題。這次課程設(shè)計中經(jīng)過老師的提示，做

19、了某些修改，使電路性能指標(biāo)更加完善了。 發(fā)現(xiàn)問題要學(xué)會分析問題解決問題。電子技術(shù)的實驗，要學(xué)會使用萬用表檢查電路，比如數(shù)字電路，基本上是高電平低電平的電路（即邏輯1和邏輯0），因此使用萬用表很方便就可以檢查電路的短路，斷路，或者芯片的好壞。 以上是我這次課程設(shè)計中的幾點收獲和體會，當(dāng)然還有很多具體實踐中的收獲與心得。 通過這次課程設(shè)計，深化了所學(xué)的電子技術(shù)理論知識，最主要的是綜合運(yùn)用所學(xué)知識能力的培養(yǎng)，并掌握了一般小型電子產(chǎn)品的研制方法和步驟，同時增強(qiáng)了獨立分析問題和解決問題的能力，可以說，通過這一綜合訓(xùn)練，為我們今后從事電子產(chǎn)品的研制和開發(fā)打下了基礎(chǔ)。