河北联合大学
20##级本科课程设计
交通灯定时控制系统的设计、制作
课程设计报告
姓 名:
学 院:信息工程学院
专 业:电子信息科学与技术
学 号:
指导教师:
20##年 11月 17日
目 录
一、 内容摘要……………………………………………1
二、 设计内容及要求……………………………………1
三、 总设计原理…………………………………………1
四、 单元电路的设计……………………………………5
1、 脉冲发生器的设计………………………………5
2、 计数电路的设计…………………………………6
3、 控制电路的设计…………………………………6
4、 显示电路的设计…………………………………7
五、 设计总电路图………………………………………8
六、 调试电路的主要仪器………………………………8
七、 设计过程中的问题及解决方案……………………8
八、 心得体会……………………………………………9
九、 附录…………………………………………………9
交通灯定时控制系统的设计、制作
一、内容摘要:
在城镇街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行;绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
二、设计内容及要求:
设计一个十字路口的交通灯定时控制系统,基本要求如下:
(1)甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。
(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。
(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。
选做扩展功能:
(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;
(5)要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。
三、总设计原理:
(1)分析系统的逻辑功能,画出其框图
交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。图中:
TL :表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒,即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到,TL=1,否则TL=0。
TY :表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到,TY=1,否则,TY=0。
ST :表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
(2)画出交通灯控制系统的ASM(算法状态机)图
一般十字路口的交通灯控制系统的工作状态及其功能如表1:
表1
控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:
AG=1:甲车道绿灯亮;BG=1:乙车道绿灯亮;
AY=1:甲车道黄灯亮;BY=1:乙车道黄灯亮;
AR=1:甲车道红灯亮;BR=1:乙车道红灯亮。
由此得到交通灯的ASM图,如图2所示:
(3)单元电路的设计
①定时器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成,要求计数器在状态转换信号ST作用下,先清零,然后在时钟上升沿作用下,计数器从零开始进行增1计数,向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。
②控制器
控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如表2所示:
表2
根据转换表可得:
Q1*=Q1’Q0Ty+Q1Q0+Q1Q0’Ty’
Q0*=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0+Q1Q0Tl’
ST=Q1’Q0’Tl+Q1’Q0Ty+Q1Q0Tl+Q1Q0’Ty
③译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。
表3
四、单元电路的设计:
1、脉冲发生器的设计
以555定时器接外接电路形成多谢振荡器,发出频率为1Hz的脉冲信号,用作计数器及D触发器的clk信号。555定时器引脚图如图1所示,由脉冲频率公式:
f=1/(R1+2R2)C㏑2
要使f=1Hz,可选择R1=44.2K,R2=47K,C=10μF,形成电路图如图2所示。
图1 图2
2、计数电路的设计
用74ls160为计数器,74ls1630为四位的二进制加法计数器。要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY,需将输出分别接成24及4的输出,由控制电路产生并选择清零信号ST。74ls160引脚图如图3所示,计数电路如图4所示。
图3 图4
3、控制电路的设计
用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择,输出控制清零信号ST;另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接,形成控制亮灯信号Q1、Q0。74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示,控制电路如图7所示。
图5 图6
图7
4、显示电路的设计
利用表3数据,可得
用74LS138译码,A-----Q0 B-----Q1 C-----1
则有AG1=Y4 AY1=Y5 CLK AR1=(Y7Y6)’
AG2=Y6 AY7=Y5 CLK AR2=(Y4Y5)’
则可得显示电路为下图8:
图8
五、总设计电路图
图9
六 主要仪器及其使用方法
主要仪器有:稳定电源,剥线钳,数字万用表,数字通用版,电烙铁,镊子。
其中稳定电源由手机电池充电器供给。使用电烙铁时注意不要手直接触摸。
七 设计过程中的问题及解决方案
1、画好电路图,我用的是proteus 仿真,便于观察结果与出错原因,其中也出现了不少问题.
(1)元件的虚接
有些器件我是直接把其引脚放在线上,所以出现了显示灰色信号,开始一直没有发现,用了很长时间才解决问题
(2)芯片使用时设计错了逻辑
我的74LS153的数据弄错了高低,所以导致一直是0-4跑的现象,也就是说St信号一直为低电平。
2、焊电路板过程中的问题
(1)第一次焊的时候,接地与接高电平都因为其中有铜线,导致我在这些位置浪费了很多时间,而且板子也焊得不好看.
(2)我开始用的是74LS04与74LS06的非门与与非门,电路总是出现问题,所以后来改用了74LS00与74KLS02
(3)事先要把线路图整理清楚,焊的板子才会脉络清晰,检查错误也比较方便,外观也比较美观。
(4)我最后加了一个复位器,因为74LS74容易受到干扰,不能自动复位。
八、心得体会
我不是一个很细心的人,所以在焊接的时候,很容易犯错,但是由于我是一个个模块进行检验再接着下一个模块,所以,最后检察问题时,没有那么迷惘。可能在这方面的能力仍然有待进步,所以我花费的时间比别人的多,而且最后出现的问题实在自己无法解决,还找了同学帮忙,但是,我一直一个人坚持到了最后,一直在发现问题,解决问题,到最后,虽然分数不大理想,但是我对自己的态度还是很肯定的。
对于这一次的收获,首先是自己独立处理这类设计的精神,其次仍然是自己发现问题解决问题的能力有所提升。还有就是对自己细心程度的提升。
九、附录
1、所用芯片及其参数:
2、参考资料
数字电子技术基础(第五版)————高等教育出版社
常用芯片引脚图——网络