電子課程設(shè)計---十字路口的交通燈控制電路

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1設(shè)計任務(wù)及指標(biāo) 1</p><p>　　2交通燈控制電路分析 2</p><p>　　2.1交通燈運行狀態(tài)分析2</p><p>　　2.2電路工作總體框圖3</p><p><b>　　2.3方案比較3

2、</b></p><p>　　3交通燈控制電路設(shè)計 4</p><p>　　3.1 電源電路4</p><p>　　3.2 脈沖電路 4</p><p>　　3.3 分頻電路 6</p><p>　　3.4 倒計時電路6</p><p>　　3.5 狀態(tài)控制電路 8<

3、;/p><p>　　3.6 燈顯示電路 9</p><p>　　3.7 總體電路圖 11</p><p>　　4實驗數(shù)據(jù)和誤差分析 12</p><p>　　5課程設(shè)計的收獲、體會和建議13</p><p><b>　　6致謝 16</b></p><p><b

4、>　　7參考文獻(xiàn) 17</b></p><p><b>　　8附錄 18</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)及指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計一個東西方向和南北方向十字路口的交通燈控制電路。</p><p><b>　　要求如下：</b></p><p

5、>　?。?）南北方向（主干道）車道和東西方向（支 干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30s、支干道每次通行間為20s；</p><p>　?。?）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計時的方法）；</p><p>　　（3）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5s鐘，才能變換運行車道；</p>

6、<p>　　（4）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次；</p><p>　?。?）同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。</p><p>　?。?）設(shè)計相關(guān)提示：所設(shè)計的交通路口為一十字路口，不涉及左右轉(zhuǎn)彎問題。</p><p>　　2 交通燈控制電路分析</p><p>　　2.1 交通燈運行狀態(tài)分析</p><p>

7、　　交通燈控制電路，要求每個方向有三盞燈，分別為紅、黃、綠，配以紅、黃、綠三組時間到計時顯示。一個方向綠燈、黃燈亮?xí)r，另一個方向紅燈亮。每盞燈順序點亮，循環(huán)往復(fù)，每個方向順序為綠燈、黃燈、紅燈。交通燈的運行狀態(tài)共有四種，分別為： </p><p>　　狀態(tài)0：東西方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行。</p><p>　　狀態(tài)1：東西方向車道的黃燈

8、亮，車道，人行道緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；</p><p>　　狀態(tài)2：東西方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；</p><p>　　狀態(tài)3：東西方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的黃燈亮，車道，人行道緩行；</p><p>　　4種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)，并且紅燈的倒計初始值為綠燈的倒計初

9、始值和黃燈的倒計初始值之和。交通燈電路的具體運行狀態(tài)框圖如圖2.1(人行道交通燈未標(biāo)明)所示：</p><p>　　圖2.1交通燈運行狀態(tài)分析圖</p><p>　　2.2 電路工作總體框圖</p><p>　　交通燈控制電路主要由以下幾部分構(gòu)成，如圖2.2所示，有電源電路，脈沖電路，分頻電路，倒計時電路，(交通燈)狀態(tài)控制電路，燈顯示電路。</p>

10、<p>　　圖2.2 交通燈控制電路功能模塊框圖</p><p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p>　　從交通燈控制電路功能模塊框圖可知在倒計時電路，狀態(tài)控制電路，燈顯示電路這三塊電路產(chǎn)生設(shè)計分歧。所以實現(xiàn)交通燈控制電路可以有2種方案：</p><p>　　(1)先設(shè)計出讓交通燈按4種狀態(tài)循環(huán)變換的燈顯示電路，再通

11、過燈的狀態(tài)控制倒計時顯示器的顯示的功能；</p><p>　　(2)先設(shè)計讓倒計時顯示器按規(guī)律運行的電路，再通過倒計時電路的信號來控制交通燈按4種狀態(tài)循環(huán)變換；</p><p>　　方案1，2均符合設(shè)計的要求，但通過具體實踐和分析方案1顯示電路需要比較多的芯片，其電路不是太復(fù)雜，但是過程比較繁瑣。而方案2讓顯示電路來控制燈的發(fā)亮，這樣顯示電路就不受其他信號的影響，并且通過顯示電路來控制交通

12、燈的狀態(tài)變換比較容易。綜上所述，選擇方案2來設(shè)計具體的電路。</p><p>　　3 交通燈控制電路設(shè)計</p><p><b>　　3.1 電源電路</b></p><p>　　電源電路主要由整流、濾波、穩(wěn)壓三部分組成，用于供給數(shù)字電路的工作電源。</p><p>　　整流部分由變壓器與整流橋KBP210G組成。220

13、V、50Hz的交流輸入經(jīng)過變壓器之后，輸出9V、50Hz的交流電壓。該電壓輸入整流橋，整流橋由四只整流二極管接成電橋的形式組成。整流橋輸出8.1V的直流電壓。</p><p>　　濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，由1mF的電容組成電容濾波電路。電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較小，適合負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合。</p><p>　　穩(wěn)壓電路用于穩(wěn)定電壓的輸出，由三端

14、集成穩(wěn)壓器L7805和電容組成。C2、C3用來實現(xiàn)頻率補償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C4用于減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。</p><p><b>　　圖3.1 穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　3.2 脈沖電路</b></p><p>　　利用555定時器為主組成多諧

15、振蕩器，輸出4Hz的矩型方波，實現(xiàn)脈沖電路功能。555定時器的原理圖如圖3.2所示，功能表如表1所示：</p><p>　　圖3.2 555定時器原理圖</p><p>　　表1 555定時器功能表</p><p>　　組成的脈沖電路如圖 3.3所示：</p><p><b>　　圖3.3 脈沖電路</b>&

16、lt;/p><p>　　根據(jù)功能表和電路圖計算如下：</p><p>　　取R1=10k，R2=10 k，C=1.6uF。即可實現(xiàn)輸出4Hz的矩型方波。</p><p>　　值得注意的是，在輸出端接上了一個開關(guān)，可以控制系統(tǒng)工作的開始和暫停。</p><p><b>　　3.3 分頻電路</b></p><

17、;p>　　分頻電路利用計數(shù)器74LS193來實現(xiàn)，根據(jù)上面計算取4分頻，即輸出為端，電路如圖3.4所示：</p><p><b>　　圖3.4 分頻電路</b></p><p><b>　　3.4 倒計時電路</b></p><p>　　十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向

18、綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每s減1的計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為5和0，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。根據(jù)題目的要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支 干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30s、支干道每次通行時間為20s。也就是一個循環(huán)是50s，如此先顯示30s后顯示20s倒計時，然后再顯示30s倒計時，以此類推。</p><p>　

19、　設(shè)計時采用兩塊74LS193，一塊是顯示十位，一塊是顯示個位。個位接成十進(jìn)制，從9開始倒計時，當(dāng)?shù)竭_(dá)0時，向高位發(fā)出一個借位信號，再繼續(xù)從9倒計時。一開始使十位數(shù)置數(shù)為3，二進(jìn)制為0011，個位數(shù)為0，二進(jìn)制為0000，此時個位產(chǎn)生一個借位信號給十位的脈沖輸入端，十位的74LS193芯片倒計時一次，結(jié)合個位的設(shè)置，電路從30開始倒計時。當(dāng)主車道綠燈亮了25s，倒計時也已經(jīng)數(shù)到了5了，此時，個位顯示5，十位顯示0，主車道的綠燈熄滅，主車

20、道的黃燈開始倒計時閃亮5s，當(dāng)?shù)褂嫊r到0后，個位芯片74LS193發(fā)出一個借位信號，向高位借數(shù)，但是高位已經(jīng)是0了，按照要求此時十位應(yīng)該是從0翻轉(zhuǎn)2，即二進(jìn)制0010，為了實現(xiàn)這功能，通過研究十位的二進(jìn)制數(shù)發(fā)現(xiàn)，十位的二進(jìn)制是從0011、0010、0001到0000計數(shù)完，翻轉(zhuǎn)為二進(jìn)制0010，然后從0010、0001到0000倒計時，當(dāng)?shù)?000后就結(jié)束一個循環(huán)，又從0011開始新的一個循環(huán)。從二進(jìn)制0011和0010兩個不同的預(yù)置數(shù)

21、，發(fā)現(xiàn)可以用1個D觸發(fā)器74LS74接成T觸發(fā)器并把Q端接至十位倒計時的最低位來完成這個功能。高位產(chǎn)生借位信號時將Q端的信</p><p>　　圖3.5 倒計時電路</p><p>　　3.5 狀態(tài)控制電路</p><p>　　如圖2.1，用倒計時控制燈的變化，先將圖示狀態(tài)0、1、2、3編碼為00、01、10、11，當(dāng)?shù)褂嫊r為30、20、5的時候產(chǎn)生一個信號給狀態(tài)轉(zhuǎn)

22、換的電路，而這個信號是電平信號的話就很難實現(xiàn)，所以又用了邊沿觸發(fā)，此時用計數(shù)器表示狀態(tài)，取其低兩位的計數(shù)態(tài)00、01、10、11為燈的狀態(tài)，這樣的話，來一個邊沿信號就能使計數(shù)器加一，實現(xiàn)上述四狀態(tài)轉(zhuǎn)換。畫出狀態(tài)控制電路信號轉(zhuǎn)換表如表2所示：</p><p>　　表2 狀態(tài)控制電路信號轉(zhuǎn)換表</p><p>　　由表得出CP（）的表達(dá)式：</p><p><b&

23、gt;　　電路圖如圖：</b></p><p>　　圖3.6 狀態(tài)控制電路</p><p><b>　　3.6 燈顯示電路</b></p><p>　　首先要把控制的脈沖接入計數(shù)器74LS193的非減數(shù)的脈沖端，因為脈沖主要有四個，四個為一個循環(huán)，只取計數(shù)器的低位兩位即可，除了讓計數(shù)器工作的接入端需要接電平外，其他端都不用接，再將計

24、數(shù)器的低兩位接入譯碼器74LS138的低位兩端，從譯碼器輸出四位、、、信號，低電平有效，每一種低電平表示一種狀態(tài)，用、、表示主干道的綠燈、黃燈、紅燈，用、、表示支干道的綠燈、黃燈、紅燈，用、表示主干道方向上的人行道，用、表示支干道上的人行道，得出狀態(tài)表如表3所示。</p><p>　　表3 燈顯示電路狀態(tài)表</p><p>　　由表得個各個燈的表達(dá)式：</p><p&

25、gt;<b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>&l

26、t;b>　　=</b></p><p><b>　　=+=+</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　=+=+</b></p><p><b>　　==</b></p><p>

27、;　　為了讓黃燈能每s閃亮一次，可以在黃燈那里加入一個與門，把黃燈發(fā)亮的信號當(dāng)成是與門的開通信號，與門的另一端接入時間脈沖，那么黃燈就可以實現(xiàn)每s閃亮一次的功能了。畫出燈顯示電路如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 燈顯示電路</p><p><b>　　3.7 總體電路圖</b></p><p>　　根據(jù)上面各功能電路的設(shè)計整合，用

28、proteus仿真軟件畫出總體電路圖如3.8所示：</p><p>　　圖3.8 交通燈控制電路</p><p>　　4 實驗數(shù)據(jù)和誤差分析</p><p><b>　　1電源電路：</b></p><p>　　表4 電源電路誤差分析表</p><p>　　結(jié)論：與理想值相差微小，原因為元器件本身

29、問題，符合設(shè)計要求。</p><p>　　2 十字路口交通燈轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)統(tǒng)計:</p><p>　　表5 交通燈轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)統(tǒng)計表</p><p>　　結(jié)論：干道交通燈轉(zhuǎn)換無問題。</p><p>　　3 人行道交通燈轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)統(tǒng)計：</p><p>　　表6 人行道轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)統(tǒng)計表</p><p>　　結(jié)

30、論：人行道交通燈轉(zhuǎn)換無問題。</p><p>　　4 調(diào)試中發(fā)現(xiàn)倒計時的過程中，從20倒計時至00，再變?yōu)?0或是從30倒計時至00，再變?yōu)?0，都有一瞬間有短暫的加快計數(shù)狀態(tài)，本來是一秒倒計一次，但實際上可能是0.7s左右。</p><p>　　結(jié)論：這樣的誤差很小，不影響整個系統(tǒng)的功能。</p><p>　　5 課程設(shè)計的收獲、體會和建議</p>

31、<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝學(xué)校給我們鍛煉的機會，感謝老師們的指導(dǎo)，在組員們的努力下，和同學(xué)們的互相幫助，互相啟示，最終設(shè)計出電路來，非常感謝在過程中幫助過我們的每一個人！ 在電路設(shè)計和論文寫作的過程中，得到了許多同學(xué)的寶貴建議，同時還得到他們的支持和幫助，在此一并致以誠摯的謝意。 </p><p>　　最后，向在

32、百忙中抽出時間對本文進(jìn)行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006 .485-500</p><p>　　[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.第5版.北京：高等教育出版社，2006.1-430&l

33、t;/p><p>　　[3]劉明丹. 基于數(shù)字電路對交通燈控制的研究與設(shè)計. 實驗技術(shù)與管理.2005，22(6)：03-06</p><p>　　[4]任中民. 交通燈數(shù)字控制系統(tǒng)的電路設(shè)計.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報.2005，7(2)：45-46</p><p>　　[5]陳宗梅. 交通燈控制系統(tǒng)電路設(shè)計. 重慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2005，14(2)：124-12