交通控制系统电子课程设计.docx
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交通控制系统电子课程设计
2总体方案设计
方案一：
通过单片机编写程序，控制十字路口的交通信号灯。
（具体流程图见下图）
方案二：
主要器件用计数器74HC192，编码器CD4532，数码管，555定时器，锁存器74HC373，以及逻辑门器件构建电路图。
（具体流程图如下）
方案三：
主要器件用计数器74HC192，编码器CD4532，数码管，运算放大器，74HC373，集成单稳态触发器74LS121,555定时器，逻辑门器件构建电路图。
（具体流程图如下）
方案比较：
方案一电路图比较简单，实现功能只需要将单片机程序编写完成即可实现交通系统的控制，但是本次设计要求必须用数字电路和模拟电路的知识，所以该方案虽然简单，但是不可取。
方案二主要运用了数字电路的知识，虽然电路结构比单片机编程的电路复杂，但是该电路运用了电子技术的相关知识，构成了中规模的电路，功能的实现满足规定要求。
但是有一点不足，没有充分的把数字电路和模拟电路的相关知识联系起来。
方案三电路大体上与方案二没多大区别，只是通过模拟电路所学的知识，用运算放大器产生矩形脉冲波，产生连续脉冲，代替原本的555组成的多协振荡器，此外单稳态触发器选择了555组成的单稳态触发器和集成单稳态触发器74LS121，更多的将已经学了的知识联系起来，使得电路图更加简化，内容更加丰富，与前两种方案相比较，方案三更适合本次设计，因此选择方案三作为设计方案。
3单元模块设计
各单元模块功能介绍及电路设计
1.方波产生电路
振荡周期
电路在迟滞比较器的基础上增加了Rf,C组成的积分电路，通过R,C振荡产生脉冲波。
2.计数器与数码管连接
方波发生器产生连续脉冲以后，将产生的信号输入计数器74HC194,
并且驱动数码管显示。
3.编码电路
用编码器对从计数器中出来的信号进行编码，输入到下一个单元中。
4.发光二极管显示电路
通过与非门等逻辑器件的连接，使得红黄绿灯亮的时序达到要求。
单稳态触发器电路
通过555组成的单稳态触发器对输入进入发光二极管的信号进行处理和控制。
6.集成单稳态触发器74LS121电路
用集成单稳态触发器控制特殊情况时主支干道的红绿灯情况。
7.输出锁存74HC373电路
实现功能：
将编码器产生的信号锁存输入到下一个电路模块中。
8.锁存器置数74HC373电路
实现功能：
将锁存信号输入计数器，对计数器进行置数。
电路参数的计算及元器件的选择
1.元器件的选择
计数器
定时器
锁存器
编码器
触发器
74192
555
74HC373
CD4532
74LS121
其他的器件有：
与门74LS08，与非门74LS00，反相器74LS04，运算放大器741，4输入的与门4072，继电器，电阻，电容，数码管，发光二极管。
2.电路参数计算
方波发生电路的振荡周期
单稳态电路稳态持续时间
数码管显示数字的大小：
左边的直接显示0到9；右边的一片通过输出信号由触发器的输出端接到锁存器的输出三态门使能端，控制其显示为0到3。
3.特殊器件介绍
继电器:
当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
继电器是一种器件。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
集成单稳态触发器74LS121：
一种不可重复触发的集成单稳态触发器，内部电路由触发信号控制电路，微分型单稳态触发器和输出缓冲电路组成。
555定时器：
555定时器是一种集模拟，数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛，不仅用在信号的变换和产生，还常用于电路的控制和检测中。
常用555构成单稳态触发器，施密特触发器，多谢振荡器等。
各单元模块的联接
电路图：
4系统调试
1.方波发生器产生的波形：
在理论上运用运放能产生需要的波形，但是实际中制作多谢振荡器时很难起振，这与环境中的干扰有很大区别，虽然仿真出来的电路很完美，但是实际操作中还是有很大的困难。
2.集成单稳态触发器
黄灯亮的时间与选取的电阻和电容大小有关，初次测试时黄灯亮的时间太短，经过调试后发现是因为电阻和电容的值太小，当满足
时，黄灯每次亮的时间就基本稳定至5秒。
组成的单稳态触发器
当有特殊情况时，需要两边的红灯同时亮，电路设计用555组成的单稳态触发器控制两条道路的红灯，按下开关使得触发器触发，控制两条路的红灯同时亮，时间为
4.计数器74192和锁存器74HC373
74192既可以做加计数器，也可以做减计数器，利用这一特点通过用锁存器的锁存功能以及D触发器的输出端信号完成对计数器的置数。
主干道的数码管从9减到0时，左边的数码管也从3开始递减到0；支干道的数码管从9减到0时，左边的数码管从2减到0，实现了芯片控制时间的变化。
5.很多与非门组成的逻辑电路
当绿灯要变到红灯时，必须先变到黄灯在到红灯，但是根据原来的电路图解决不了这个问题，电路直接由绿灯变到红灯，经过多次测试后发现主要是电路的时序不相匹配，所以运用一些列的逻辑门器件解决这个问题，使得绿灯亮的时间加上黄灯亮的时间等于红灯亮的时间。
电路主要就是要解决其时序问题。
5系统功能、指标参数
系统能实现的功能
电路是十字路口交通信号灯的控制电路，采用的是数字电路和模拟电路的相关知识，结合相关的电子线路器件，运用protel软件进行的仿真测试，构建的中规模电子线路图。
电路主要分为4大板块，第一是多谢振荡器，主要用于产生连续的矩形脉冲；第二部分是计数器与锁存器，主要用于计数器的置数，使得计数器从需要的数值开始计数；第三部分是数码管显示，将数码管与计数器相连，计数器的信号输入数码管，使得数码管正常显示计数器的计数状态；第四部分为编码电路，计数器向数码管输入信号的同时也向编码器CD4532输入信号，编码输出的信号经过D触发器送到各条线路上；第五部分是逻辑门与集成单稳态触发器74LS121共同实现绿灯红灯与黄灯之间的时序配合；第六部分是单稳态触发器电路，由555组成的单稳态触发器组成，主要控制特殊情况下的交通灯变化。
系统指标参数测试
1.锁存器74HC373的工作状态
片0：
片1：
当主干道的绿灯亮起时，通过D触发器的输出端反馈信号回到锁存器片1的输出使能端
使之为高电平，这时只有片0工作，然后片0直接接到左边数码管，控制数码管当主干道绿灯亮时时间是从39开始递减的；当支干道绿灯亮时，反馈回来的信号使得片0的输出使能端为高电平，只有片1工作，控制数码管的书从29开始递减。
2.计数器参数
计数器片0：
直接从9减到0；
计数器片1：
当工作状态在主干道时，从3减到0；工作在支干道时，从2减到0
3.黄灯亮的时间
单稳态持续时间
更具要求，设置黄灯亮的时间为5秒，选取电阻为500K,电容为10UF,计算出
=5S
4.多谢振荡器的频率
按照要求产生脉冲的周期T=1S,选取电阻为500K，电容为1UF，计算出
周期
5.主要参数表
74HC373功能表
工作模式
LE
D0-D9
内部状态
输出Q
使能和读锁存器
L
L
H
H
L
H
L
H
L
H
锁存和读锁存器
L
L
L
L
L
H
L
H
L
H
系统功能及指标参数分析（与设计要求对比进行）
设计要求
（1）数码管从预置的起始数递减计数，以提示道路通、断情况将变更，且同时燃亮红灯、绿、或绿灯。
（2）甲方向绿灯点亮时间与乙方向红灯黄灯总点亮时间相同，乙方向绿灯点亮时间与甲方向红灯黄灯总点亮时间相同。
（3）主干道比支干道绿灯点亮时间长（自行制定两方向通行时间）。
（4）能预置数码管递减计数的初始值，即能任意改变红、绿灯燃亮的时间长短。
（5）根据道路口交通情况可使红、绿灯处于特殊状态，例如一方向有消防车通过时，只让绿灯燃亮，且绿数码管不再递减计时。
本电路实现的功能与要求对比：
（1）主干道绿灯亮时，数码管从39开始减计数到0，然后换到支干道绿灯亮，数码管从29开始减计数到0；
（2）当由绿灯变成红灯时，需要先变成黄灯并持续5秒的时间，才能变成红灯，实现了甲方向绿灯点亮时间与乙方向红灯黄灯总点亮时间相同，乙方向绿灯点亮时间与甲方向红灯黄灯总点亮时间相同。
（3）电路如果需要改变数码管的初始值，只需要将锁存器的输入端改变就可以改变初值，而灯亮的时间快慢只需要改变多谢振荡器的电阻和电容就可以调节了。
（4）当有特殊情况时，只要按下555单稳态触发器的开关就能控制两条道路的红灯同时亮起。
6设计总结：
课程设计完成情况
通过为期两周的课程设计，完成了本次设计的技术指标，刚开始设计的时候，由于红绿灯与黄灯之间的时序问题，遇到了很多麻烦，但是在老师的指导下最后还是实现了其要求的功能。
关于连续脉冲的产生，采取了用运算放大器构成的多谢振荡器来完成，但是进行仿真测试时需要一段时间起振才能产生相应的脉冲；对于计数器的置数采用锁存器置数的方法，通过对输出信号的反馈实现对锁存器的工作状态的选择，进行置数；按照设计要求的可以通过对锁存器的输入端连接方式进行改变，从而改变数码管的起始值，同时也可以改变多谢振荡器电阻与电容的大小，从而改变时间的快慢。
设计收获体会
这是学习中的第一次课程设计，在这次设计中把平时学到的知识相结合起来，懂得了数字电路与模拟电路在实际应用当中相辅相成。
刚开始的时候还是遇到了很大的麻烦，对于平时在学习中的知识，一下要把他们全部结合起来。
模拟信号可以转化成数字信号，同时数字信号也可以转化成模拟信号。
在本次设计中，最大的收获体会应该算是对所学器件的应用，以前都只是知道每个器件的功能，但是还没有真正的把所学的电子器件相结合运用到实际生活的电路中。
对于一些集成器件的应用也有了一定的掌握，数字电路能实现的功能也能用模拟电路来实现。
这次设计还帮助我学会了对protel软件
运用，学会了对中规模电路的搭建以及仿真，这对以后的学习以及设计帮助很大。
设计存在的不足与完善意见
不足：
本次设计主要目的是设计十字路口交通信号控制系统电路，主要运用数字电路和模拟电路的知识对电路进行搭建，对于多谐振荡器在仿真的时候能够起振，但是搭建实物电路板有很大的可能电路不能起振；电路中实现绿灯加黄灯亮的时间等于红灯时间的线路太过复杂，实际操作中会使电路的连线变得复杂，而且用到的逻辑门器件太多。
改进意见：
在实际操作做实物的时候，可以将多谐振荡器去掉，直接接到实验台上得连续脉冲源上，这样就可以解决电路难以起振的问题；查阅资料后发现，可以用74LS168以及少数的与非门构建电路，简化其电路结构，但是功能并不会发生改变。
7致谢
本次设计历时两个星期，首先致谢张祖媛老师。
在初期绘制电路图是遇到了一些列的问题，在张祖媛老师的悉心指导下，解决了很多电路问题，到后期报告的写作要求也进行指导，为这次设计起到了决定性的作用，特此感谢！
8主要参考文献
【1】康华光编.电子技术基础.模拟部分.第五版.高等教育出版社，时间不详
【2】康华光编.电子技术基础.数字部分.第五版.高等教育出版社，时间不详
【3】刘鸣编.电子线路综合设计实验教程.天津.天津大学出版社，2008
【4】谢自美编.电子线路设计.实验.第三版.武汉：
华中科技大学出版社，2006
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