交通信号灯设计Word下载.docx

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然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。

信号灯自动指挥系统的是典型的数字电子控制系统。

通过系统的设计和仿真实验。

我们可以得到电路的系统的综合训练，设计十字路口主干道和一些小干道的支干组成。

1.3该设计方案的特点

通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,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。

因此，在本次设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。

本文是关于电子电路的一个教学实习实验，通过采用自定向的层次式输入方式进行设计。

有以下优点：

制作简单；

结构简单；

功耗小；

价格便宜；

使用寿命长；

性能稳定，适用于比较落后的地方使用。

1.4技术要求

该电路的安装调试人员应具备以下技能：

1、了解手工制作电路板的方法和一般步骤，能用手工方法制作简单的印制电路板，具体的制作方法和步骤在制作工艺中有详细讲解。

2、具备元器件的检测能力。

由于在安装过程中是从准备好的大批量元器件中挑选，所以安装人员必须能识别各种元器件，并对各元器件好坏进行检测，具体方法在此不在详细讲解。

３、具有一定装配、调试和指标测量的能力。

指标测量可以通过钟表观察，记下每一个发光二极管点亮时间，再做比较，看是否满足技术指标；

也可以用示波器来观察555的Q输出端的输出脉冲信号频率，再通过计算来判定检测是否满足技术指标。

电路中黄灯的驱动信号虽然是由CD4017的两个清零端MR提供的，但Q9在变为高电平的一瞬间因自身的清零端MR输入了高电平，其计数输出端被封锁，致使Q9维持高电平的时间几乎为零。

2、课程设计目的及基本要求

2.1设计任务

（1）主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时原红灯不变。

2.2设计思路

本设计基于集成电路技术，利用环形振荡电路的思路，提出组成整个电路的各个部分——555、CD4017等常见芯片，并逐一介绍设计选择该芯片的原因。

555芯片时基电路是一种将模拟功能和数字功能巧妙的结合在同一硅片上的组合电路。

CD4017有较宽的输入电压，较高的抗扰度及标准的对称输出特性、功耗低等显著特点。

经过对数字电路和实际的交通情况的研究，得知要完成时间上的控制，必须有时钟振荡电路来产生脉冲信号，并且产生脉冲信号的频率应该可以调节。

时钟振荡电路可以由分立元件通过合理连接来完成，也可用集成电路完成。

为了使设计制作简单、安装调试方便、提高运行的可靠性、降低成本、减小体积等原因，最终选择用集成电路来实现信号灯的控制。

该电路用于十字路口，要有振荡电路产生脉冲信号来驱动发光二极管，而且很难达到三种灯之间的合理转换，为此选择“十进制计数分配器”（CD4017）来接收时钟振荡电路输出的脉冲信号，CD4017每接收一个脉冲信号计数一次，共有10个计数输出端Q0—Q9，（其中Q0在清零端MR为高电平时仍保持高电平，使发光二极管处于常亮状态，所以在设计时舍去不接），合理分配红、黄、绿三个发光二极管上的计数脉冲的个数即可满足技术指标中“干路绿灯时间+干路黄灯时间=支路红灯时间，支路绿灯时间+支路黄灯时间=干路红灯时间”的要求。

在设计过程中将一片CD4017Q0—Q4并联在一起作为干路绿灯的驱动信号，Q5作为干路黄灯的驱动信号，其余输出端为红灯驱动信号，将另一片CD4017支路红灯的驱动信号接Q0—Q5，Q9作为驱动支路黄灯的信号，其余输出端为红灯驱动信号，这样即满足要求也简化了电路结构。

根据十字路口的特点，通过调节振荡周期来满足设计要求。

根据设计前的市场调查与实际经验可知，一条道路上的红、绿灯不能同时亮，干路与支路上相同颜色的灯不能同时亮。

也就是说，接在两个CD4017计数输出端上的发光二极管不能同时被点亮，其中一个在计数状态时，必须封锁另外一个芯片。

综上所述，555是独立的多谐振荡器，用来产生独立的脉冲信号；

CD4017接收脉冲信号来分配计数脉冲和输出驱动信号；

2.3各芯片功能介绍

2.3.1CD4017芯片简介

CD4017：

十进制计数器/脉冲分配器

CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。

INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；

反之，计数功能无效。

CR为高电平时，计数器清零。

Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装形式。

CD4017引脚图2.3.1

引出端功能符号

CO：

进位脉冲输出

CP：

时钟输入端

CR：

清除端

INH：

禁止端

Q0-Q9计数脉冲输出端

VDD：

正电源

VSS：

地

真值表2.3.1

输入

输出

CP

CR

INH

Q0~Q9

CO

×

H

Q0

计数脉冲为Q0~Q4时：

CO=H

计数脉冲为Q5~Q9时：

CO=L

↑

L

计数

↓

保持

2.3.2555芯片简介

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

DIP封装的555芯片各引脚功能如下表所示：

图2.3.3

它的各个引脚功能如下：

1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：

低触发端

3脚：

输出端Vo

4脚：

是直接清零端。

当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：

TH高触发端。

7脚：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表2.3.2示。

表2.3.2555定时器的功能表

清零端

高触发端TH

低触发端TL

Q

放电管T

功能

导通

直接清零

1

x

保持上一状态

截止

置1

清零

2.4电路的基本组成部分

（1）时钟振荡电路

由555芯片以及外围元件（电容C1、C4，电阻RES9、RES10、电位器RP、RP2）组成两个独立的多谐振荡器。

电源通过RES101,RES9+RP分别对电容C2、C4充电，利用C2和C4的充放电过程，使555的两个输出端在0和1之间翻转，从而产生振荡脉冲信号。

改变电容、电阻、电位器的参数可以实现振荡周期的变化，为了便于调节，电容和电阻设定为固定值。

只调节电位器的阻值来改变振荡周期。

（2）脉冲信号分配电路

电路有两个CD4017以及20个IN4148二极管组成，CD4017的时钟输入端在振荡电路产生的脉冲信号下，其计数输出端产生计数脉冲，计数脉冲通过二极管按比例的连接供放大电路做输入信号。

二极管D0—D9、D10—D19的串入是为了使计数输出端互不影响。

（3）LED电路

电路有2个黄色的高亮度发光二极管、2个绿色高亮度发光二极管和2个红色高亮度发光二极管组成，共同来实现四个道路上信号灯的指示。

2.5工作原理

电源VCC通过电阻RES9，RES10、RP分别对电容C2、C4进行充电（调节RP可改变电容的充电时间）。

当电容的电压达到2/3VCC时，555的两个输出端分别输出低电平0，同时内部的两个放电管分别导通，致使电容通过放电端3引脚放电。

当电容的电压低于1/3VCC时，输出端将发生翻转，使输出端由0变成1，同时放电管截止，电源再次通过电阻对电容充电。

当电容电压2/3VCC时，输出端再次发生翻转。

如此循环，从而保证555的两个输出端有连续的信号输出。

当IC2的输出状态为1时，IC3的THR端因为输入了高电平而导致IC3的计数输出端被封锁；

同时IC2的另外一个输出端为0，对IC4的MR端无效，则进入计数状态，使支路上的绿灯、黄灯及干路上的红灯依次被点亮。

当IC4的Q9端输出高电平时，即IC2的CD端（置0端）有效，所以IC2的状态翻转到0。

当IC2的输出状态变为0时，/Q=1，IC4的THR端因为输入了高电平而导致IC4的计数输出端被封锁；

Q=0，对IC3的MR端无效，则进入计数状态，使干路上的绿灯、黄灯及支路上的红灯依次被点亮。

当IC4的Q9端输出高电平时，即IC2的SD端（置1端）有效，所以IC2的状态再次翻转到1。

重复IC4的计数状态。

3.总体电路安装接线图

3.1电路图的生成

3.1.1PCB图的生成

首先利用“DXP2004”软件绘制出原理图，并生成网络表，建立好PCB图的设计板层后，先利用自动布线产生元件连接关系的“预拉线”，根据元件布局的准则来做调整。

（1）各单元或整机的元器件布局应保证电路性能指标的实现；

（2）元器件的布局应有利于散热和耐冲击振动；

（3）元器件的布局应使整机的重量平衡，组装机构紧凑、外观良好；

（4）各级元件尽量集中布设在一起，并以管子为中心就近排列；

（5）注意各级电路、元器件、导线间的相互影响；

（6）应该注意接地的方法，以减少电流的干扰。

3.1.2PCB原理图

3.1.3PCB板图

图3.1.3

3.1.3、总体电路安装接线图

图3.1.4

3.2元器件的插装及焊接

按照安装图中的元件布局图进行安装、焊接电路板，具体步骤如下：

（1）为确保元器件正确安装与工作，安装前必须对各元件进行判别和检测（具体方法参照“技术要求”中的描述）。

（2）对各个元件引脚要进行搪锡，防止焊接过程中造成虚焊而影响电路正常工作。

（3）按照顺序将各元件插装到位（跳线、二极管、电阻、芯片底座、电容）。

二极管和电阻在焊接时，应先将一端焊接好，进行简单调整后再焊接另外一引脚。

对于SB插接件、芯片及底座的焊接，应遵循先焊对角引脚的原则，待调整后焊接其余引脚。

每一个元件在焊接完毕后检查无误后将多余的管脚用扁口钳剪掉，使之美观整齐。

（4）焊接完毕后要进行必要的检查，是否有漏焊、虚焊、假焊、毛刺或焊点不光滑等现象。

3.2.1实物图

图3.2.1实物图

3.2.2布线图

图3.2.2

4.技术指标的测试与调整

安装完毕并检查无误后，进行简单调。

调试实际上包括调整和测试两方面的内容，测试过程将技术指标以波形的形式输出，观察分析是否达到设计技术要求；

进行对比计算推导，改变其中外围元件的参数大小，再次进行测试直至达到要求指标，这就是调整阶段。

4.1使用仪器和工具

500-3型万用表1块

电烙铁一把

40cm弯头镊子一把

秒表一块

4.2调整过程

4.2.1发光二极管亮度调整

一般情况下可以直接正常工作，如果发现发光二极管的亮度不一致，可以通过调节对应三极管的基极电阻来改善。

4.2.2发光二极管点亮的时间调整

整机通电，观察各道路上红、绿、黄灯循环点亮的时间，有秒表测量计算，测量结果如下：

设计一个十字路口交通灯控制电路，要求:

（1）主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。

将测量结果和设计指标对比后，结果满足设计要求。

4.2.3硬件调整

观察电路板的焊接情况、元器件的位置，发现有虚焊和元器件倾斜的情况，用电烙铁加热借用镊子配合对其进行调整。

5.电子元器件清单

CommentPatternQuantityComponents

------------------------------------------------------------------------------

104RAD-0.21C2Capacitor

10KAXIAL-0.42RES7,RES8

10u/16VRB-.2/.43C4,C5,C6ElectrolyticCapacitor

1KAXIAL-0.41RES9

1N4148DIODE-0.420D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7Diode

D8,D9,D10,D11,D12,D13

D14,D15,D16,D17,D18,D19

D20

4017DIP-162U3,U4

470AXIAL-0.47RES1,RES2,RES3,RES4,RES5

RES6,RES10

555DIP-81U8

GREENLEDH2D22,D26

LEDLEDH1D21

POT2VR21R5Potentiometer

REDLEDH2D24,D25

YELLOWLEDH2D27,RES

6.心得体会

光阴似箭，课程设计也圆满完成，两年半的大学学习也将画上圆满的句号。

找相关材料，到系统的总体设计及论文的写作，都一直得到了老师和同学的耐心指导和帮助，从中提出了许多宝贵的意见和建议，帮助解决了不少难题，使我们系统地掌握了更多的专业知识。

不少我们的同学，他们在我们的论文设计过程中给了我们很大的帮助。

正是老师及同学们的指导和帮助，我们的课程设计才得以顺利完成。

这里也要向他们送上我们真诚的祝福。

通过本次设计，掌握了电子电路的基本知识以及DXP2004软件的熟练掌握，熟悉了时序电路、逻辑电路，加强了实践能力的培养,巩固了理论知识和理论知识的实际应用,加强了实际操作能力,培养了初步的职业技能。

最后，再次向在本次设计过程中所有帮助和支持过的老师、同学和朋友们表示最衷心的感谢！

限于水平有限，文中不妥、疏漏或错误之处在所难免，恳请老师批评指正。

7.参考文献

［1］杜虎林.万用表检测电子元器件[M].沈阳：

辽宁科学技术出版社，2001.

［2］秦曾煌.电工学下册电子技术[M].北京：

高等教育出版社，2003.

［3］张亚华.计算机辅助分析与辅助设计[M].北京：

航空工业出版社，2004.

［4］马全喜.电子元器件与电子实习[M].北京：

机械工业出版社，2007.

［5］杨元.电子技术技能训练[M].北京：

高等教育出版社，2004.

［6］石小法.电子技能与实训[M].北京：

高等教育出版社，2006.

［7］张龙兴.电子技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2002.