交通信號燈課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目： 交通信號控制器</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p>　　班 級: </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 電子信息工程</p><p>　　指導(dǎo)教師： 劉橋 徐理英</p><p>　　200 9 年 6 月 12 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一：緒論………………………………………………………………………3</p><p&g

3、t;　　1. 1 課程設(shè)計(jì)背景……………………………………………………… 3</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)目的………………………………………………………3</p><p>　　1.3 課程設(shè)計(jì)指標(biāo)………………………………………………………4</p><p>　　二：基礎(chǔ)知識…………………………………………………………….4</p><

4、;p>　　2.1 設(shè)計(jì)思路………………………………………………………….4</p><p>　　2.2. 所用儀器和元器件………………………………………………3</p><p>　　三:設(shè)計(jì)的步驟和過程………………………………………….……….7</p><p>　　3.1 秒脈沖信號發(fā)生器電路圖…………… ……………….………..7</p&g

5、t;<p>　　3.2 狀態(tài)控制器………………………………………………….…….8</p><p>　　3.3 定時器………………………………………………….….………8</p><p>　　3.4 計(jì)數(shù)器……………………………………………………..………9</p><p>　　3.5 測試要點(diǎn)……………………………………..……….….….…

6、…10</p><p>　　四： 仿真結(jié)果…………………………………………………..….……11</p><p>　　五：心得體會………………………………………………….…...……11</p><p>　　六：建議………………………………………………………….………13</p><p>　　七：參考文獻(xiàn)……………………………………………..

7、……….……13</p><p>　　八：附錄1…………………………………………………….…………14</p><p><b>　　交通信號控制器</b></p><p><b>　　一：緒論</b></p><p>　　交通燈信號控制系統(tǒng)是典型的數(shù)字電路控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)、學(xué)生可

8、得到數(shù)字電路及系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練。系統(tǒng)工作的十字路口由通行量較大的主干道和通行量較小的支干道組成。路口設(shè)有紅、黃、綠三色信號燈 和兩位8421BCD碼的計(jì)數(shù)器和譯碼顯示器。通過控制器將使三色燈在規(guī)定的時間內(nèi)亮燈：主紅和干綠燈亮，并且顯示器是從20秒開始倒計(jì)時；當(dāng)顯示器倒計(jì)時為00秒時，主紅和干黃燈亮，顯示器從5秒開始倒計(jì)時；當(dāng)顯示器倒計(jì)時又為00秒時，主綠和干紅燈亮，顯示器從60秒開始倒計(jì)時。依此循環(huán)</p><p>

9、;　　1.1：課程設(shè)計(jì)背景</p><p>　　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。</p><p>　　1.2：課程設(shè)計(jì)目的</p><p>　　（1）

10、培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)題目要求，抽取相應(yīng)信息，設(shè)計(jì)組合邏輯和時序邏輯電路的能力。</p><p>　?。?） 使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)交通信號控制器的電路的調(diào)試及組裝方法。</p><p>　?。?） 培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用中規(guī)模組件的能力，提高自主創(chuàng)新能力。</p><p>　?。?） 學(xué)會使用EWB電路仿真設(shè)計(jì)軟件完成設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試，提高學(xué)生查閱手冊及合理選用器件的能力。</p&g

11、t;<p>　　1.3：課程設(shè)計(jì)指標(biāo)</p><p>　　在主、支道路的十字路口分別設(shè)置三色燈控制器，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮要求壓線車輛快速穿越。根據(jù)車流狀況不同，可調(diào)整三色燈點(diǎn)亮或關(guān)閉時間。</p><p><b>　　1. 基本部分：</b></p><p>　　(1) 主道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為60秒

12、、5秒、25秒；</p><p>　　次道路綠、黃、紅燈亮的時間分別為20秒、5秒、65秒；</p><p>　　(2) 主、次道路時間指示采用倒計(jì)時制，用2位數(shù)碼管顯示。</p><p>　　2、 發(fā)揮部分(選做)</p><p>　　(1) 主、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以預(yù)置；</p><p>　　(2) 主、

13、次道路綠、黃、紅燈亮的時間可以分別調(diào)整；</p><p><b>　　二：基礎(chǔ)知識</b></p><p><b>　　2.1、 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、主控制器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路幾部分組成，整體電路的原理框圖如圖

14、：</p><p>　　下面是交通燈時序流程圖，進(jìn)行分析可得到交通信號燈的四個不同狀態(tài)，如圖1.2所示：</p><p>　　圖1.2 交通燈時序流程圖</p><p>　　即s0——主干道綠燈亮、支干道紅燈亮 </p><p>　　S1——主干道黃燈亮、支干道紅燈亮</p><p>　　S2——主干道紅燈亮、支

15、干道綠燈亮</p><p>　　S3——主干道紅燈亮、支干道黃燈亮</p><p>　　其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示：</p><p>　　圖1.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　交通燈信號真值表如表1-1所示：</p><p><b>　　表1－1 </b></p><

16、p>　　根據(jù)表1－1真值表，可寫出各交通信號燈的與非邏輯函數(shù)表達(dá)式如下所示：</p><p>　　MR=Q10 + 1 Q0= Q1</p><p><b>　　MY= 1 Q0</b></p><p><b>　　MG=10</b></p><p>　　SR=10+1 Q0=1</p

17、><p><b>　　SY= Q1 Q0</b></p><p><b>　　SG= Q10</b></p><p>　　2.2. 所用儀器和元器件</p><p>　　（1）、 秒脈沖信號發(fā)生器</p><p>　　采用555時基電路構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生1HZ脈沖。</

18、p><p>　　圖1.4 555時基內(nèi)部電路圖</p><p><b>　　（2）、狀態(tài)控制器</b></p><p>　　采用集成計(jì)數(shù)器74HC163構(gòu)成狀態(tài)控制器，其工作原理如表1-2：</p><p><b>　　表1-2</b></p><p><b>　　（

19、3）、定時器</b></p><p>　　采用八輸入緩存器74HC244來實(shí)現(xiàn)，其工作原理如表1-3：</p><p><b>　　表1-3</b></p><p><b>　?。?）、計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　采用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74HC192，其工作原理如表1-4：<

20、/p><p><b>　　表1-4</b></p><p>　　三：設(shè)計(jì)的步驟和過程</p><p>　　3.1 秒脈沖信號發(fā)生器電路圖</p><p>　　由于要產(chǎn)生1Hz的脈沖，所以計(jì)算得R1+2R2=14.4K ，同時盡量使占空比接近50％，選擇R1大于R2，即選擇R1=10K ,R2=2.2K ,連接線路如圖1

21、.5所示：</p><p>　　圖1.5秒脈沖信號發(fā)生器電路圖</p><p><b>　　產(chǎn)生的波形為：</b></p><p>　　3.2 狀態(tài)控制器 </p><p>　　根據(jù)燈控函數(shù)表達(dá)式：</p><p>　　MR=Q10 + 1 Q0= Q1</p><p>

22、;<b>　　MY= 1 Q0</b></p><p><b>　　MG=10</b></p><p>　　SR=10+1 Q0=1</p><p><b>　　SY= Q1 Q0</b></p><p><b>　　SG= Q10</b></p&g

23、t;<p>　　將狀態(tài)控制器，狀態(tài)譯碼器以及模擬三色燈相連接，構(gòu)成信號燈轉(zhuǎn)換控制電路如圖1.6所示：</p><p>　　圖1.6 狀態(tài)控制器電路</p><p><b>　　3.3 定時器</b></p><p>　　預(yù)置到減法計(jì)數(shù)器的時間常數(shù)通過三個八輸入緩沖器74HC244來完成。從上到下的三片74HC244分別預(yù)制了6

24、0，20，5三個不同的數(shù)據(jù)。八輸出端前四位二進(jìn)制數(shù)控制十位數(shù)，后四位二進(jìn)制數(shù)控制個位數(shù)。</p><p>　　每個緩沖器74HC244的輸入端通過接入8個開關(guān)對其可任意置從0～99的數(shù)，前四位和后四位分別控制置入十位數(shù)和個位數(shù)，即接高</p><p>　　電平（接電源）為二進(jìn)制數(shù)1，接低電平（接地）為二進(jìn)制數(shù)0。</p><p>　　主干道的黃燈控制啟動輸入數(shù)據(jù)為2

25、0秒的74HC244（使能端,低電平有效），使下一個狀態(tài)支干道綠燈亮?xí)r以20秒減計(jì)數(shù)。當(dāng)支干道綠燈亮?xí)r啟動輸入數(shù)據(jù)為5秒的74HC244，使得置入5秒的74HC244在支干道綠燈轉(zhuǎn)黃燈時開始以5秒倒計(jì)計(jì)數(shù)。黃燈控制60秒的74HC244,,當(dāng)主干道綠燈亮?xí)r以60秒開始倒計(jì)數(shù)。依此原理一直循環(huán)下去。</p><p>　　圖1.7 定時器電路</p><p><b>　　3.4

26、計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　兩片74HC192分別控制兩個二進(jìn)制數(shù)，兩片計(jì)數(shù)器之間采用異步級連接方式如圖1.8。利用個位計(jì)數(shù)器的借位脈沖直接作為十位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，個位計(jì)時器作為秒脈沖。選用帶譯碼功能的顯示譯碼管。1A1、1A2、1A3、1A4和2A1、2A2、2A3、2A4式十位和個位計(jì)數(shù)器的置數(shù)輸入端。</p><p>　　圖1.8 計(jì)數(shù)器電路</p>

27、;<p><b>　　3.5 測試要點(diǎn)</b></p><p>　　檢查整機(jī)接線無誤后，方可進(jìn)行各部分電路的調(diào)試</p><p>　?。?） 首先調(diào)試秒脈沖信號發(fā)生器電路</p><p>　　用示波器觀察秒脈沖信號發(fā)生器的輸出，其輸出的信號周期為1s</p><p>　　（2） 主.支干道調(diào)試</p

28、><p>　　直接將秒脈沖信號接入狀態(tài)控制器脈沖輸入端（即集成計(jì)數(shù)器74HC163的脈沖輸入CP端），在該脈沖的作用下，觀察主 支干道三種顏色的信號燈是否按要求一次轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。?） 定時器和減數(shù)器調(diào)試</p><p>　　將秒脈沖信號接入定時器系統(tǒng)電路脈沖輸入端（即兩片集成計(jì)數(shù)器，中的個位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入CP端），在脈沖作用下，將三片八緩沖器74HC2

29、44的置數(shù)選通端一次接地，計(jì)數(shù)器以三個不通的置數(shù)（60秒.2秒.5秒）輸入為進(jìn)制體制，完成減法計(jì)數(shù)，兩位數(shù)碼管應(yīng)有相應(yīng)的顯示。</p><p>　?。?） 把各個單元電路互相連接起來，進(jìn)行系統(tǒng)總測試。</p><p><b>　　四：仿真結(jié)果</b></p><p>　　用鼠標(biāo)點(diǎn)動右上角的開關(guān)按鈕，我們將先看到主紅和干綠燈亮，并且顯示器是從20

30、秒開始倒計(jì)時；當(dāng)顯示器倒計(jì)時為00秒時，主紅和干黃燈亮，顯示器從5秒開始倒計(jì)時；當(dāng)顯示器倒計(jì)時又為00秒時，主綠和干紅燈亮，顯示器從60秒開始倒計(jì)時。依此循環(huán)。</p><p><b>　　五：心得體會</b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)很快過去了，但在課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)中我們所經(jīng)歷的過程和收獲的經(jīng)驗(yàn)將永遠(yuǎn)照亮我們前進(jìn)的道路。兩個星期的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)時間并不算太長

31、.但是在這并不長的一個星期里面卻依然學(xué)到了不少的東西.了解并掌握了74HC163，74HC192，74HC244 和555多諧振蕩，對EWB仿真軟件有了進(jìn)一步的了解，并對專業(yè)知識有了更進(jìn)一步的理解。</p><p>　　在此，得先感謝我們的四位指導(dǎo)老師，謝謝你們！如果沒有你們的虛心教導(dǎo)，沒有你們的認(rèn)真講解，我也不會學(xué)到那么多的東西，有那么多的收獲，并且讓我也對自己的人生有了進(jìn)一步的規(guī)劃，非常感謝你們！同時我也要感

32、謝我的搭檔，沒有你的諒解和耐心，沒有我們密切的配合，我們也不會把每一次的實(shí)驗(yàn)都完成得那么順利。</p><p>　　剛開始接到交通信號控制器的任務(wù)書時，有點(diǎn)緊張，畢竟由于自己對課程設(shè)計(jì)不了解和對內(nèi)容的不清楚。后來我經(jīng)過查找資料，詢問老師，不斷推敲，最后找到了出路。在選芯片上，我也出了一些問題，因?yàn)樵S多芯片的功能是相同的，而且對其功能不是特別的熟悉，后來通過和同學(xué)不斷的探討 ，自己獨(dú)立思考，最后選定用74HC163

33、，74HC192，74HC244 和555多諧振蕩。所有的準(zhǔn)備做好后就開始在EWB仿真軟件上開始連線。由于第一次用EWB仿真軟件，所以在連電路又遇到了點(diǎn)麻煩，不過后來，經(jīng)過自己不斷的嘗試，不斷的詢問最后交通信號控制器電路終于成功的畫出來了，并且仿真成功。</p><p>　　在這次的實(shí)習(xí)中我學(xué)到了很多東西：</p><p>　　第一：通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，了解并掌握了74HC163，74H

34、C192，74HC244 和555多諧振蕩，對EWB仿真軟件有了進(jìn)一步的了解，了解了一些簡單的電路的結(jié)構(gòu)原理和連線方法。</p><p>　　第二：在實(shí)習(xí)的過程中我鍛煉了自己的動手、自主創(chuàng)新能力。實(shí)踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無一不是在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)的。沒有足夠的動手能力，就奢談在未來的科研尤其是實(shí)驗(yàn)研究中有所成就。在實(shí)習(xí)中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。</p><p&

35、gt;　　第三：在實(shí)習(xí)的過程中增強(qiáng)了我的團(tuán)隊(duì)意識.在一個團(tuán)隊(duì)里面，光靠一個人的力量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.只有大家齊心協(xié)力、相互配合、共同合作才能夠又快又好地完成任務(wù).</p><p>　　第四:在實(shí)習(xí)的過程中增強(qiáng)了我的思考意識。思考著做事,事半功倍,更重要的是,做事的心態(tài),也可以得到磨練,可以改變很多不良的習(xí)慣。比如當(dāng)我們需要連接線路、布置線路時，這就需要我們不段的思考、嘗試。這樣線路才會更加的完美。</p>

36、<p>　　在完成所有的階段后，心中那強(qiáng)烈的成就感，真的不知道該用什么來形容了。電工實(shí)習(xí)的五天里，辛苦那已經(jīng)是次等事了，而樂在其中，再怎樣也都是值得的。     課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)為我們提供了一個可以在知識的天空里翱翔的空間;提供了一個可以在知識的海洋里揚(yáng)帆起航遠(yuǎn)行的航道。它為我們的學(xué)習(xí)生活增添了一道亮麗的風(fēng)景線，為我們的理想之塔增磚添瓦，為我們的知識小帆鼓風(fēng)助力。我們必將坐著智慧小船乘千里風(fēng)破萬

37、里浪，開拓進(jìn)取，勇往直前，朝著我們理想彼岸前進(jìn)。</p><p>　　再次感謝老師對我們的指導(dǎo)與教誨。</p><p><b>　　六：建議</b></p><p>　　通過兩周的課程設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到了很多在課本中學(xué)不到了知識，并且使得我們充分的將理論運(yùn)用于實(shí)踐，我們得到了充分的鍛煉。但在實(shí)習(xí)的過程中，我想建議一下幾點(diǎn)：</p>

38、<p>　?。?） 當(dāng)課程設(shè)計(jì)題目給定下來時老師應(yīng)該給我們講明我們正確解決的目的方向，不然會使得我們花很多的時間在確定方向上花很多時間。</p><p>　　（2） 由于有些器件我們接觸的很少，我們對它們的了解更是不清楚，所以希望老師能夠在器件選擇方面能夠提供參考。</p><p>　?。?） 學(xué)校應(yīng)該多安排這樣的實(shí)踐課程，這樣我們的動手、自主創(chuàng)新能力將會得到很大幅度的提升

39、。</p><p><b>　　七：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 《電子電路計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)》（第二版） , 周常森主編,山東科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　[2] 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版），童詩白主編，高教出版社</p><p>　　[3] 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版/第五版），閻石主編，高教

40、出版社</p><p>　　[4] 《電子測試技術(shù)》，金唯香、謝玉梅主編，湖南大學(xué)出版社</p><p>　　[5] 《電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)》（第一版），李忠波、袁宏主編，機(jī)械工業(yè)出版社</p><p><b>　　八：附錄1</b></p><p>　　交通信號控制器整體圖</p><p>　　圖