交通信号灯课程设计说明书,交通信号灯控制器课程设计

('1.引言交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。绿灯时准许通行信号红灯信号是绝对禁止通行信号。红灯亮时，禁止车辆通行。右转弯车辆在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行。红灯信号是带有强制意义的禁行信号，遇此信号时，被禁行车辆须停在停止线以外，被禁行的行人须在人行道边等候放行；机动车等候放行时，不准熄火，不准开车门，各种车辆驾驶员不准离开车辆；自行车左转弯不准推车从路口外边绕行，直行不准用右转弯方法绕行。黄灯亮时，已越过停止线的车辆，可以继续通行。黄灯信号的含义介于绿灯信号和红灯信号之间，既有不准通行的一面，又有准许通行的一面。黄灯亮时，警告驾驶人和行人通行时间已经结束，马上就要转换为红灯，应将车停在停止线后面，行人也不要进入人行横道。但车辆如因距离过近不便停车而越过停止线时，可以继续通行。已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。为持续闪烁的黄灯，提示车辆、行人通行时注意瞭望，确认安全后通过。这种灯没有控制交通先行和让行的作用，有的悬于路口上空，有的在交通信号灯夜间停止使用后仅用其中的黄灯加上闪光，以提醒车辆、行人注意前方是交叉路口，要谨慎行驶，认真观望，安全通过。在闪光警告信号灯闪烁的路口，车辆、行人通行时，即要遵守确保安全的原则，同时还应遵守没有交通信号或交通标志控制路口的通行规定。交通信号灯控制电路的设计涉及到模拟电子技术与数字电子技术。其中，绝大部分是数字部分：逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、编码器、计数器、译码器显示等基本原理。交通信号灯控制电路的设计与制作不仅加深了对数字电路的了解，而且由于交通信号灯控制电路包括组合逻辑电路和时叙电路，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，为数字电路的制作提供思路。-1-2.交通信号灯控制电路交通信号灯控制电路流程图与整体电路框图如下，电路由组合逻辑电路、系统电源、十二进制计数器、秒脉冲产生电路、四分频器、工作方式控制开关、南北信号灯、东西信号灯组成。信号灯采用三极管9031驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力，电源电压采用直流5V，通过变压器将市电降压到交流9V，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要图2-1信号灯白天点亮流程图-2-南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮5t南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮1t南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮5t南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮1t图2-2整体电路框图-3-系统电源南北信号灯东西信号灯组合逻辑电路十二进制计数器工作控制开关四分频器秒脉冲产生器3.单元模块3.1直流稳压电源作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的5V直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计输出为5V的直流稳压电源。直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。V1220Vrms50Hz0¡ãT10123D11B4B421243C11mFU1LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE12346XMM150图3-1仿真图3.2秒脉冲产生电路由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，采用555定时器组成多谐振荡器振荡周期与频率的计算公式：T=(R1+2R2)Cln2=0.7（R1+2R2）C电源电压Vcc=5V，其中电路图中C2的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响，一般选0.01uF的瓷片电容。再次要求输出T=1s，选电容为C1=1uF，R1=360Q千欧姆，根据振荡周期计算，得R2=534千欧姆，选取元件之后，按电路原理图连接电路。-4-U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R1360kΩR2534kΩC11uFC210nF123VCC5VVCCXSC1ABExtTrig++__+_40图3-2仿真图3.3十二进制计数器由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制（绿、黄、红时间比例为5：1：6），因此需要设计十二进制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。因此，用移位寄存器组成十二进制计数器，拟选用8位串入并出移位寄存器74LS164LED1LED2LED3LED5Q12N930AQ22N930AQ32N930AQ42N930AQ52N9R75k¦¸R85k¦¸R95k¦¸R105k¦¸R115k¦¸U1A74LS11DU2B74LS11D89U3A74LS08DU4B74LS08DU5C74LS08D10111214U7A74LS32DU8C74LS32D1516U9A74LS04D17U10A74LS08DU11C74LS08D1920U12A74LS04DU13C74LS04D21U1474LS164DQA3QB4QC5QD6A1B2~CLR9CLK8QE10QF11QG12QH13232422R135k¦¸J1Key=A1823U16B74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4252627图3-3仿真图3.4分频器电路上述十二进制计数器的时间单位为4秒，即它的CP脉冲为4秒。为了使整体电路工作步调一致，4秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个4分频器电路。秒脉冲经4分频后得到4秒脉冲，将其作为十二进制计数器的CP脉冲。本次课程设计使用两个D触发器组成4分频器电路。-5-U12A74LS04DU13C74LS04DU1474LS164DQA3QB4QC5QD6A1B2~CLR9CLK8QE10QF11QG12QH132324U15A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U16B74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR425262728图3-4仿真图图3-53.5逻辑控制电路信号灯采用三极管9031驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力，电源电压采用直流5V，通过变压器将市电降压到交流9V，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交通信号灯按要求方式点亮(一般经驱动电路去控制信号灯)。根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻辑电路的输出作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。夜晚工作方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过与门实现。组合逻辑电路的真值表如图所示计数器输出南北信号东西信号QaQbQcQdQeQfNSGNSYNSREWGEWYEWR000000100001100000100001110000100001111000100001111100100001111110010001-6-111111001100011111001100001111001100000111001100000011001100000001001010000000100001表3-1R1220¦¸R2220¦¸R3220¦¸R4220¦¸R5220¦¸R6220¦¸3LED11LED22LED34LED45LED56LED67Q12N930AQ22N930AQ32N930AQ42N930AQ52N930AQ62N930AR75k¦¸R85k¦¸R95k¦¸R105k¦¸R115k¦¸R125k¦¸U1A74LS11DU2B74LS11D89U3A74LS08DU4B74LS08DU5C74LS08DU6D74LS08D1011121314U7A74LS32DU8C74LS32D1516U9A74LS04D17U10A74LS08DU11C74LS08D1920U12A74LS04DU13C74LS04D21U1474LS164DQA3QB4QC5QD6A1B2~CLR9CLK8QE10QF11QG12QH13232422R135k¦¸J1Key=A18U15A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U16B74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR425262728图3-6仿真图-7-4.交通信号灯控制电路的仿真与调试4.1仿真软件简介NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NIMultisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。有如下特点通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路；通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为；借助高级电路分析,理解基本设计特征；通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试；通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短研发时间。4.2电路的仿真图-8-R1220¦¸R2220¦¸R3220¦¸R4220¦¸R5220¦¸R6220¦¸LED1LED2LED3LED4LED5LED6Q12N930AQ22N930AQ32N930AQ42N930AQ52N930AQ62N930AR75k¦¸R85k¦¸R95k¦¸R105k¦¸R115k¦¸R125k¦¸U1A74LS11DU2B74LS11DU3A74LS08DU4B74LS08DU5C74LS08DU6D74LS08DU7A74LS32DU8C74LS32DU9A74LS04DU10A74LS08DU11C74LS08DU12A74LS04DU13C74LS04DU1474LS164DQA3QB4QC5QD6A1B2~CLR9CLK8QE10QF11QG12QH13R135k¦¸J1Key=AU15A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U16B74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR42726252423222120191716151312111098765432V1220Vrms50Hz0¡ãT10123D11B4B421243C11mFU17LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE0333029U18LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R143.6kΩR155.34k¦¸C21uFC310nF36353437141394041424344454647000000492831323800图4-1仿真图4.3交通控制灯的实现1.交通控制灯的完整电路图见仿真图2.交通控制灯的工作原理：接通直流电源之后，利用秒脉冲发生器输出秒脉冲信号，经过四分频电路输出4秒秒冲信号，通过十二进制计数器连接逻辑电路，从而实现交通信号灯的控制。4.4调试方法1.首先调试555定时器。用示波器观察555定时器输出波形，确定555定时器是否正常工作，振荡周期是否是1S。调节电位器R1，使555定时器产生周期为1S的方波信号。2.调试四分频器。用示波器观察分频器输出波形，确定信号周期是否是4S。3.整体调试。各部分电路连接起来，观察交通控制灯是否正常工作。-9-4.5调试中出现的问题、原因分析及解决方法秒位进位不正常，计数器与非门之间连接有误，同时计算555定时器周期是否正确。信号灯不亮，检查发现电路连接有问题，三极管没有接地。接地后信号灯变亮。夜间模式黄灯不亮，检查电路发现电源连接不正确，改正后夜间模式正常。5.总结通过本次课程设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风.我这课程设计由于我采用的是数字电路来实现的,所以电路较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多种设计方法.时间很紧，这一周又在忙碌中过去了，经过一周的数电课程设计，已能够实现电路的仿真与实物板的制作与调试，之间的巨大变化着实令人吃惊。但是这种进步来之不易，因为这期间我遇到了很多的困难，发现了很多的问题，正是在解决问题的期间我才慢慢地熟悉了数字电子技术基础的基础知识，才慢慢学会了如何去按照给定的要求设计出合适的电路，作出电路的实物并对电路进行调试。-10-本次课程设计主要是运用本学期所学到的数字电子技术基础知识来设计一个符合要求的交通信号控制电路，本次设计不仅要求我们要掌握数字电子技术基础课程的基础知识，还要求我们对交通信号控制电路的各个组成部分的原理，包括振荡器的原理、计数器的原理、直流电源都有深刻的理解和掌握，本次课程设计最重要的是要求我们能够运用所学的知识将几种单元电路组合起来，并且能够根据给定性能指标求解电路中的参数，最后在实践方面还要求我们要有一定的动手能力，能够根据电路图买到我们所需的原件，绘制出仿真电路并调试。在课设过程中我遇到很多问题，原因有很多比如如何安装软件、调试过程中遇到的问题都不尽相同，但是通过问老师与同学交流都迎刃而解。在每次课设中，遇到问题最好的办法就是请教别人，因为每个人掌握的情况都不一样，一个人不可能做到处处都懂，必须发挥群众的力量，复杂的事情才能够简单化。在很多时候，我遇到的困难或许别人之前就遇到过，向他们请教远比自己在那边摸索来得简单，来得快。虽然我现在已经初步学会了如何设计符合要求的交通信号控制电路，但是离真正能够利用已学的数电知识自由设计使用电路的还有一段的距离。课设的这段时间我确实受益匪浅，不仅是因为它发生在特别的实践，更重要的是我的专业知识又有了很大的进步，因为进步总是让人快乐的。参考文献[1]付家才．电子工程实践技术．北京：北京工业出版社，2003[2]毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：机械工业出版社，2001[3]阎石主编．数字电子技术基础（第五版）．北京：高等教育出版社，2009[4]丁润涛主编．电子工程手册．北京：机械工业出版社，1995-11-附录-12-R1220¦¸R2220¦¸R3220¦¸R4220¦¸R5220¦¸R6220¦¸LED1LED2LED3LED4LED5LED6Q12N930AQ22N930AQ32N930AQ42N930AQ52N930AQ62N930AR75k¦¸R85k¦¸R95k¦¸R105k¦¸R115k¦¸R125k¦¸U1A74LS11DU2B74LS11DU3A74LS08DU4B74LS08DU5C74LS08DU6D74LS08DU7A74LS32DU8C74LS32DU9A74LS04DU10A74LS08DU11C74LS08DU12A74LS04DU13C74LS04DU1474LS164DQA3QB4QC5QD6A1B2~CLR9CLK8QE10QF11QG12QH13R135k¦¸J1Key=AU15A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4U16B74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR42726252423222120191716151312111098765432V1220Vrms50Hz0¡ãT10123D11B4B421243C11mFU17LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGE0333029U18LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R143.6kΩR155.34k¦¸C21uFC310nF36353437141394041424344454647000000492831323800附-1仿真图-13-',)