交通信号控制灯的设计方案文档格式.doc
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初始状态0为东西红灯，南北红灯，
2．然后转状态1东西绿灯通车，南北红灯。
3．过25s转状态2，东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。
4．再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
5．过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
6．最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。
7．严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
时间安排：
第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；
第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；
第5天提交电路图，经审查后领取元器件；
第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；
第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；
第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。
指导教师签名：
2010年6月26日
系主任（或责任教师）签名：
2010年6月26日
Ⅰ
目录
引言 1
1设计意义及要求 2
1.1设计意义 2
1.2设计要求 2
2方案设计 3
2.1设计思路 3
2.1.1个人方案（方案一） 3
2.1.2个人方案（方案二） 3
2.2方案设计 3
2.2.1个人方案（方案一） 3
2.2.2小组方案（方案二） 6
2.3方案比较 8
3部分电路设计 9
3.1脉冲源 9
3.2计数电路 10
3.3译码电路 11
3.4逻辑门电路 13
4调试与检测 14
4.1调试中的故障及解决办法 14
4.2调试与运行结果 14
5仿真操作步骤及使用说明 15
结束语 16
参考文献 17
附录1方案一总电路图 18
附录2方案二总电路图 19
附录3元器件清单 20
本科生课程设计成绩评定表
Ⅱ
武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
引言
课程设计是大学教学的一大创新，也是大学阶段给学生将理论知识应用到实际的一个平台。
在巩固和加强理论知识的同时，也起到了锻炼学生动手能力的作用，对于本科教学有重要的意义和作用。
这次的课程设计要求我们通过运用已学的数电知识和查阅相关资料，自己设计出一套交通灯控制电路。
该电路可以基本实现对十字路口交通情况的控制，并且可以循环工作。
此次课程设计形式开放，设计方法和元器件基本无限制，可以让我们充分发挥自己的创造力。
此次设计我将用到555定时器构成的秒脉冲发生器，74154，74LS16,以及各种逻辑门电路来实现我的方案。
因此需要我能充分运用学过的数电以及模电知识，来解决设计中的问题。
整个设计过程，我们小组经历了选题、构思、分析、设计、仿真、调试、撰写报告等过程。
每一个过程都离不开小组成员的积极探讨和配合，其间，我们遇到了很多问题，通过团队的力量这些问题得到了很好的解决，这个团队的凝聚力也得到了增强。
1设计意义及要求
1.1设计意义
交通灯在大道上随处可见，他们有条不紊的工作，不足为奇，但有没想尝试过自己来设计一套交通灯控制系统呢？
这次课程设计就是要我们自己动手来设计交通灯控制系统。
通过设计，让我们更好的理解和学习理论知识，学会把理论应用到实际中去；
通过查阅资料，更加熟悉各芯片的引脚和功能。
通过设计和实物连接，来激发和增强自己的电工电子方面的兴趣。
1.2设计要求：
假设一路口为东西南北走向。
交通灯开始工作后，东西绿灯亮25秒，通车；
此时南北保持红灯，不通车。
25秒后东西变黄灯，闪烁5秒东西方未过停车线的车禁止通行，过了停车线的继续通行；
此时南北保持红灯。
5秒过后，东西方变红灯，不通车；
南北变绿灯，通车。
20秒后再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
过20s转状态4，南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。
2方案设计
2.1设计思路
2.1.1个人方案（方案一）：
利用模电数电知识设计一个时序电路，来同时控制交通灯的状态。
不同的输入对应不同的输出，即各个交通灯的状态，时序电路不断循环，从而交通灯循环工作。
2.1.2小组方案（方案二）：
小组方案也是通过时序电路来实现，但是脉冲信号为秒脉冲，先通过时序电路把东西方向的交通灯亮灭问题解决，再通过反馈即其它门电路解决南北方向的。
2.2方案设计
2.2.1个人方案（方案一）：
通过对交通灯状态变化的时间来看，发现东西和南北方向各灯保持的时间都为5的倍数，因此，可以用一个0.2HZ的脉冲做芯片脉冲源。
芯片选用74154（4线-16线译码器），每一个输入地址对应一个输出状态即可。
各个输出状态对应东西南北各灯的状态，灯亮用“1”表示，灯灭用“0”表示。
以下为控制状态转换表.东西方红黄绿分别用RYG表示，南北红黄绿风别用ryg表示.
0.2HZ脉冲发生器
1HZ脉冲发生器
计数电路
东西方红绿灯
逻辑门电路
译码电路
南北方红绿灯
图1交通灯控制总电路框图
表1控制状态转换表
地址输入
输出
东西
南北
每个状态时间
ABCD
yi
RYG
ryg
T（s）
0000
Y0
001
100
5
0001
Y1
0010
Y2
0011
Y3
0100
Y4
0101
Y5
010
0110
Y6
0111
Y7
1000
Y8
1001
Y9
1010
Y10
通过该转换表得出下列表达式：
由此可见共有11个状态，故设计一个11进制的加计数器来控制74154的地址输入数据，加计数器由74ls163制作。
脉冲信号由555定时器构成的多谐振荡器来产生。
工作原理分析：
计时电路脉冲周期为5秒，计数电路为11进制，对应上面的控制状态转换表计数电路的输出即译码器的输入二进制序列为0000~0100，通过逻辑门电路使东西方红黄绿灯的状态为001，南北为100；
序列为0101时，东西方为010，南北方为100；
序列为0110~1001，东西方为100，南北方为001；
序列为1010时，东西方为100，南北方为010；
（每转变一个二进制序列经历时间为一个周期5秒）当进入无关项1011时让计数器清零，进入下一个循环。
当黄灯亮时要求其闪烁，此过程通过将输入黄灯的信号与1HZ的脉冲信号相与后输入到黄灯便可实现。
图2方案一总电路图
2.2.2小组方案（方案二）：
图3方案二总电路图
该方案由脉冲源、计数器、反馈电路、控制门电路、显示器等五大部分组成。
总体框图如下：
反馈清零
计数器（0~24与20~24）
计数器
（3进制）
显示器
1HZ脉冲源
逻辑门控制电路
图4方案二总体框图
该电路的秒脉冲由555定时器来制作。
两个74LS192用来产生0~24和20~24的秒加计数，当一次计数从00到24或20到24时产生一进位信号到第三个74LS192，用来产生地址信号，译码器将地址信号译码转变成输出信号来控制交通灯，由于采用的发光二极管为共阴极接法，后面的非门是用来实现电平的高低转换。
黄灯的闪动是通过黄灯的控制信号与秒脉冲控制信号相与非而产生的信号加到黄灯的非门引脚。
下面的各种门电路为信号控制信号，可以通过信号反馈来实现计数器的24秒计时，或用来控制南北方向上的灯亮灭。
2.3方案比较
第一种方案和第二种方案都是通过数电知识来实现所要求的功能，第一种方案即个人方案是设计的一个简单的时序电路来实现，每一个时序脉冲为0.2HZ，第二种方案即小组方案也是通过一个时序电路来实现，脉冲为秒脉冲，交通灯的亮灭需要反馈电路来控制。
第一种方案原理比较简洁直观，第二种稍微复杂。
但两种方案从电路的结构上来看复杂程度接近。
3部分电路设计
3.1脉冲源
利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出两种频率（0.2HZ与1HZ）的矩形方波，实现脉冲电路功能。
555定时器原理图如图所示，功能表如图所示
图5555定时器原理图
由555定时器组成的脉冲电路如图：
图6脉冲电路图
根据功能表和电路图计算如下：
取＝10 ＝350 即可实现输出0.2ＨＺ的矩形方波；
取＝3 ＝70 即可实现输出1ＨＺ的矩形方波。
3.2计数电路
计数电路采用７４１６３芯片，其为四位二进制计数器，其为四位二进制加计数器，通过反馈清零法将其改为１１进制加计数器，电路图如下：
图7计数器电路
图874163管脚图
表274163功能表
功能
同步清零
1
同步置数
保持（包括RCO的状态）
保持（RCO=0）
加计数
3.3译码电路
图9译码电路
1A0VCC16
2A1YO15
3A2Y114
4A3Y213
5E2AY312
6E2BY411
7Y7Y510
8GNDY69
图1074154管脚图
表374154功能表
3.3逻辑门电路
逻辑门电路用于实现控制东西、南北方向各灯的表达式，其电路如下图：
R
G
r
g
y
Y
图11逻辑门电路
4调试与检测
4.1调试中的故障及解决办法
调试过程中对脉冲信号进行波形检测，发现周期与理论值稍有偏差，在误差允许的范围内，故而脉冲信号设计无误。
方案一没有发现什么问题，运行较顺利。
方案二在打开仿真开关后发现数码管显示乱码，经检查发现管脚电平高低位接反，改接后问题解决。
另外，在192,138的输入输出端有一些灰色的点即不定状态。
经检查发现仿真前电路中芯片引脚本来应该接地或接高电平的管脚没有接，按设计图接好后灰点消失，不定状态没有了，交通灯的工作运行正常。
4.2调试与运行结果
按下仿真开关，对现象进行观察并做记录，总结如下表：
表4方案一运行结果
时间
东西状态
南北状态
0~24
绿
红
25~29
黄
30~49
50~54
表5方案一运行结果
0~24
20~24
0~19
结果均符合要求。
5仿真操作步骤及使用说明
一、建立新文件
打开ISIS系统，选择文件菜单中的新建，打开图纸选择窗口，选择合适的图纸类型，确定后会自动建立一个缺省标题为untitled的文件，再选择文件菜单的另存为，将文件名改为“交通信号灯控制器设计-自动化0801黎德刚”。
二、调用对象
根据设计好的电路图来加载或调出相应元器件。
具体做法为：
对于电源，接地等根据对象的类别在工具箱选择相应模式的图标；
根据对象的具体类型选择子模式图标。
对于芯片、电阻电容等元器件在“pickdevices”对话框中输入相应元件名称进行收索并添加到“devices”库中。
三、部分电路布图
根据部分电路原理图添加元件到设计界面，按要求更改其属性值并连线。
每连接好一个部分电路检查其功能是否正确，如有错误，进行调试修改。
四、整体布图
各个部分电路图连接好后用导线把各部分连接起来。
五、总电路调试及仿真
打开仿真开关进行仿真，如有不对之处或需要改进之处先保存文件再进行修改。
六、布局美化
根据图纸大小调整电路图，使其尽量在图纸内，并使图纸填充饱满美观；
对于部分可就近的或者偏斜的线逐个删除后重连，是整体布局美观大方专业。
说明：
仿真时各个引脚会出现小方块表示当前逻辑状态，红色表示“1”，蓝色表示“0”。
各导线被选中后，深红色的表示高电压，浅绿色的表示低电压。
线上出现的箭头表示电流方向。
结束语
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，比如线连接不上、打开仿真开关后电路没反映等，这些问题都需要通过自己来思考或和小组成员讨论。
另外，在接线时，有时心中会突然冒出一新的设计方案，局的简单些，于是就放下现有的方案去尝试新方案，却也总存在很多问题，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我觉得这次课程设计很有意义，因为我们从书本上学到的都是理论知识，在平时的实验课上的动手实验也大都是按别人设计好的电路来做，没有创新和突破。
课程设计给了我们一个把理论和实际更好的结合起来的机会，通过查阅资料等，我认识了很多新的芯片，并对学过的芯片的功能有了更深的理解。
通过本次课程设计，使我从初步学会了一种新的仿真软件proteus。
同时，我发现在使用软件画图时一定要有条理，否则线画多了眼前会一片混乱。
一个团队的合作同样很重要，对于不清楚的问题大家可以集体讨论。
整个设计过程中我们这个小组配合的比较好，工作效率得到很大的提升。
同时感谢辅导老师细心及时地辅导，使我们能及时解决设计过程中遇到的问题。
课程设计大学也就那么几次，我觉的我们应该珍惜，他可以锻炼我们的动手能力，也为我们以后的发展打下基础。
另外，整个课程设计过程是充满艰辛和汗水，和小组成员一起探讨的日子也是美好的，难忘的，相信这将会是我人生中的一段美好回忆。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版，2006.1
[2]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，2002
[3]何绪芃，曾发柞.脉冲与数字电路.成都：
电子科技大学出版社，2001.1
[4]周惠朝.常用电子元件及典型应用.电子工业出版社，2005
附录1方案一总电路图
附录2方案二总电路图
附录3元器件清单
个人方案（方案一）
小组方案（方案二）
元件名称
数量
555定时器
2个
74ls192
3
74ls163
1片
74ls138
74154
74ls00
74ls04
74ls02
74ls08
74ls20
74ls18
74ls30
3片
74ls11
电阻3、70、10、350
各一个
电阻3、70
电容0.01uf、10uf
各2个
电容0.01uf、10uf
5V直流电源
1个
发光二极管（红黄绿）
各2只
发光二极管（红黄绿）
-20-
性别
男
专业、班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
设计方案
与内容
（30分）
制作与调试
（20分）
说明书内容与规范程度
答辩
（10分）
学习态度
与考勤
总分
（100分）
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2010年7月12日
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