十字路口自动红绿灯指挥系统3.docx
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十字路口自动红绿灯指挥系统3
信息与电气工程学院
课程设计说明书
（2013/2014年第二学期）
课程名称：
电子技术课程设计
题目：
十字路口自动红绿灯指挥系统
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数：
2周
设计成绩：
2014年7月11日
第一章设计任务及设计目的………………………………………………1
第二章系统概述………………………………………………………………2
2.1系统概述……………………………………………………………………2
2.2交通灯逻辑分析………………………………………………………………2
2.3总体设计方案…………………………………………………………………3
第三章单元电路设计与分析………………………………………………5
3.1秒脉冲信号发生器的设计…………………………………………………5
3.2定时器的设计………………………………………………………………6
3.3控制器的设计………………………………………………………………6
3.4显示电路的设计……………………………………………………………7
第四章电路功能测试方案与测试结果……………………………………8
第五章综述及心得体会………………………………………………………9
5.1系统综述……………………………………………………………………9
5.2总结及心得体会……………………………………………………………9
附录………………………………………………………………………………9
附录一实验原理图………………………………………………………………9附录二PCB图……………………………………………………………………11
附录三元器件清单………………………………………………………………12
附录四焊接电路板………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………………13
第一章设计任务及设计目的
1.1设计任务及要求
设计交通信号控制灯要求某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。
在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。
如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：
1：
6。
从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：
如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。
信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。
南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。
其它灯不亮。
要求设置手动开关，用手动开关控制白天和夜间工作方式。
要现逻辑功能：
1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间24s。
2、东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮，时间4s。
3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间24s。
4、发生紧急情况可以手动控制。
1.2设计目的
通过本课程设计，使学生加强对电子技术课程容的理解和掌握，学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力。
学习了一个学期的《数字电子技术》课程，这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识，通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况。
通过制作来了解交通灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。
交通灯控制系统主要是实现城市交叉路口红绿灯的控制。
在现代化的大城市中，十字交叉路口越来越多，在每一个交叉路口都需要有一个准确的时间间隔和转换顺序，这就需要一个安全、自动的系统对红、黄、绿的转化进行管理。
本次的设计就是基于此目的进行的。
第二章系统概述
2.1系统概述：
系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。
其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。
译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。
2.2交通灯逻辑分析：
1、图1表示东西车道和南北车道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成，绿灯表示允许车辆通行，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆禁止通行。
图1交通信号灯控制器框图
2、交通信号灯顺序工作流程（图2）
图2交通信号灯顺序工作流程
2.3总体设计方案：
交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，假设分别用S0、S1、S2、S3表示。
S0状态：
东西方向车道绿灯亮，南北方向车道红灯亮，此时东西方向车道允许车辆通行，南北方向车道禁止车辆通行。
当东西方向车道绿灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S1状态：
东西方向车道黄灯亮，南北方向车道红灯亮，此时东西方向车道允许超过停车线的车辆继续通行，而未超过停车线的车辆禁止通行，南北方向车道禁止车辆通行。
当东西方向车道黄灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S3状态：
东西方向车道红灯亮，南北方向车道绿灯亮。
此时东西方向车道禁止车辆通行，南北方向车道允许车辆通行，当南北方向车道绿灯亮够规定时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态。
S2状态：
东西方向车道红灯亮，南北方向车道黄灯亮。
此时东西方向车道禁止车辆通行，南北方向车道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。
当南北方向车道红灯亮够规定的时间后，控制器发出状态转换信号，系统进入下一个状态------S0状态。
S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、10、11，由此得到控制器的状态，如表1所示。
表1状态转换表
控制器状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
东西方向绿，南北方向红
东西方向车道通行，南北方向车道禁止通行
S1（01）
东西方向黄，南北方向红
东西方向车道缓行，南北方向车道禁止通行
S3（11）
东西方向红，南北方向绿
东西方向车道禁止通行，南北方向车道通行
S2（10）
东西方向红，南北方向黄
东西方向车道禁止通行，南北方向车道缓行
第三章单元电路设计与分析
3.1秒脉冲信号发生器的设计：
本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。
555定时器应用为多谐振荡电路时，当电源接通Vcc通过电阻R1.R2向电容C充电，其上电压按指数规律上升，当u上升至2/3Vcc，会使比较器C1输出翻转，输出电压为零，同时放电管T导通，电容C通过R2放电；当电容电压下降到1/3Vcc，比较器C2工作输出电压变为高电平，C放电终止，Vcc通过R1。
R2又开始充电；周而复始，形成振荡。
则其振荡周期与充放电时间有关，也就是与外接元件有关，不受电源电压变化影响。
因为该电路的输出脉冲的周期T≈0.7（R1+2R2）·C,若T=1s，令C2=0.01μf，R21=10KΩ,那么R22=100KΩ。
其它参数为：
C1=100uF。
如图所示。
3.2定时器的设计：
用CD4510直接构成减法计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号ST的作用下，计数器以减计数向控制器提供时间信号。
CD4510可以级联，只需要2片即可向控制器提供信号，倒计数可在数字显示电路中实现。
用CD4510节省材料，节约成本，而且由于经常应用，因而使用起来较方便，具有其独特的优良性。
如图所示。
CD4510是同步十进制可逆计数器，用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。
CD4510具有复位CR，置数控制LD，并行数据D0~D3，加减控制U/D，时钟脉冲CP和进位CI等输入。
CR为高电平时，计数器清零。
当LD为高电平时，D0~D3上的数据置入计数器中，CI控制计数器的技术操作，CI=0时，允许计数。
此时若U/D为低电平，在CP脉冲上升沿减1计数。
3.3控制器的设计：
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
用四选一数据选择器和D触发器实现，设A1A0=Q1nQ0n，其他变量通过数据入端输入端输入。
系统的输出是在Q1Q0驱动下的六个发光二极管，各状态与信号灯的关系由表2给出，因此，得到二极管信号与控制器状态变量的关系为：
东西方向车道：
AG=Q1*Q0AY=Q1*Q0AR=Q1
南北方向车道：
BG=Q1*Q0BY=Q1*Q0BR=Q1
信号灯与控制器状态编码表
3.4显示电路的设计：
采用CD4510进行减计数，然后将输出通过CD4511接到七段显示译码器上。
CD4511是用来驱动共阴数码管的。
如图所示。
第四章电路功能测试方案与测试结果
仿真分析：
（1）组装调试秒脉冲电路。
（2）进行定时电路的组装和调试。
当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到5和0时，能输电有效的定时时间到信号。
（3）调试交通灯控制器以及显示部分。
（4）判断各部分电路之间的时序配合关系。
然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
最终调试如下：
接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为24秒，东西方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；南北方向车道的红灯亮，车辆禁止通行。
时间显示器从预置的24秒，以每秒减1，减到1时，南北方向的黄灯开始闪烁，然后继续减数至0时东西方向黄灯不再闪烁而绿灯亮，同时东西方向车道由红灯转化为绿灯。
然后东西方向车道重复南北方向车道的变化方式。
东西南北车道以此方式循环变换。
第五章综述及心得体会
5.1系统综述：
通过分析交通灯控制系统的要求可知，整个系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器构成。
其中，秒脉冲信号发生器由555定时电路组成；定时器由两片同步十进制减法计数器CD4510芯片及若干与非门、非门、与门共同组成；控制器由一片数据选择器CD4001及一片双D触发器CD4013芯片构成；译码显示器由两片CD4510、两片译码管驱动芯片CD4511和两个七段数码管构成。
主控制器和定时计数器必须使用同一脉冲信号，译码电路输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。
控制电路是系统的核心部分，由它控制定时计数电路和译码驱动电路的工作能够实现交通灯四种状态的自动转换。
5.2总结及心得体会：
两周的实习就是将从课本上的知识应用于实践中，数字电路设计就是很好的实践，实践是检验真理的唯一标准。
在简易交通灯控制系统设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度，通过这次实践，巩固了数字逻辑电路的理论知识，方案总共只用了八个芯片，对163计数器更加了解，懂得它的功能与其它芯片替换等.使DJ触发器从书本上的理论知识联系到实际,让我更加了解它的功能.还有如何利用555芯片产生秒脉冲.计数器的工作原理，以及一些方法。
分析问题然后解决问题的。
这其中遇到了很多问题，如：
如何设计单脉冲的产生电路，通过查阅课本及相关资料，选用了RS触发器。
实习中更是将各个芯片的功能状态系统的学习了一遍，熟练的用它们实现所需的功能。
这次课程设计让我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，还要把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到的问题，可以说是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
不过在所遇的问题处理过程中有成功也有失败，但这却实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到了成功的喜悦。
附录
一
实
验
原
理
图
附录二PCB图
附录三元器件清单
表4元器件清单
型号
中文名称
数量
74LS74
双D触发器
1
CD4543
译码器
4
74LS08
与门
2
74LS164
移位寄存器
1
74LS04
非门
1
555_VIRTUALTime
555定时器
1
CD4510
减法计数器
4
LG5011
共阴极数码管
4
二极管
发光二极管
7
103μF
电容
1
10μF
电容
1
0Ω
电阻
40
100KΩ
电阻
1
10KΩ
电阻
8
1KΩ
电阻
4
附录四焊接电路
参考文献
1、《电子技术基础实验》高等教育出版社大钦罗杰主编
2、《电子技术基础》.数字部分（第五版）康华光主编
3、王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》.高等教育出版社，2009.12
4、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
5、吴俊芹.《电子技术实训与课程设计》.机械工业出版社，2009.4
6、付家才．电子工程实践技术．北京：
北京工业出版社，2003
7、毕满清．电子技术实验与课程设计．北京：
机械工业出版社，2001
8、丁润涛主编．电子工程手册．北京：
机械工业出版社，1995
课程设计
评语
课程设计
成绩
指导教师
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