数电课设.docx
《数电课设.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电课设.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
数电课设
学号：
0121011360514
课程设计
题目
交通信号灯控制器设计
学院
自动化学院
专业
自动化
班级
自动化1005班
姓名
杨胜
指导教师
李波李彬
2012
年
6
月
30
日
课程设计任务书
学生姓名：
杨胜专业班级：
自动化1005
指导教师：
李波李彬工作单位：
武汉理工大学
题目:
交通信号灯控制器设计
初始条件：
1．运用所学的模拟电路和数字电路等知识；
2．用到的元件：
实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。
要求完成的主要任务:
1．假设一路口为东西南北走向。
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：
2012年6月25日
系主任（或责任教师）签名：
2012年6月25日
目录
引言I
1设计意义及要求1
1.1设计意义1
1.2设计要求1
2方案设计1
2.1设计思路1
2.2.1方案一2
2.2.2设计方案二4
2.2.3方案比较4
3.部分电路设计4
3.1秒脉冲信号发生电路5
3.2计时电路5
3.3控制电路的设计7
4调试与检测9
4.1调试中故障解决方法9
4.2调试与运行结果9
5仿真操作步骤及使用说明10
5.1各部件说明：
10
5.2操作说明10
6.体会与总结10
参考文献11
附录一12
本科生课程设计成绩评定表13
交通信号灯控制器设计
引言
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。
因此红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。
交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。
有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。
本交通灯是通过555产生一个1HZ秒脉冲信号，将秒脉冲信号送入计数器，计数器由两个74LS163和一些门电路组成。
计数器又与由一个74LS194构成的移位寄存器和一些门电路构成控制部分控制交通灯。
关键词交通灯计数器移位寄存器控制
1设计意义及要求
1.1设计意义
交通灯是现代城市不可或缺的工具，它在维持正常交通秩序中起着至关重要的作用，本次设计，小组成员模拟了交通信号灯控制器的实现，感受到现代科技从人工到自动化进而智能的飞跃，通过全程具体的仿真实现和搭建实物，培养了我们分析解决现实生活问题的能力，提升了我们逻辑思辨性思维，最主要的是综合运用所学的数字电子技术的基本知识，包括熟悉集成电路的引脚安排、各芯片的逻辑功能及使用方法，通过使用Proteus仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真调试等。
1.2设计要求
（1）假设一路口为东西南北走向。
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。
2方案设计
2.1设计思路
通过分析设计要求，了解到交通灯有五种状态：
初始状态0为东西红灯，南北红灯；状态1为东西绿灯通车，南北红灯，持续25s；状态2为东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯；状态3为南北绿灯通车，东西红灯亮，持续20s；状态4为南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
如图1所示。
图1
由交通灯真值表可知若用一个移位寄存器来控制灯的亮灭会比较方便。
通过记时部分反馈给寄存器脉冲信号来转换灯的状态来实现要求比较方便。
2.2方案设计
2.2.1方案一
方案一电路图
图2
原理说明：
首先利用555定时器组成频率为1HZ多谐振荡器产生时钟脉冲信号为计数器提供时钟脉冲，然后由两片74LS163芯片组成计数器，通过一些门电路的作用将反馈脉冲信号输入移位寄存器，使寄存器改变状态从而使交通信号灯转换状态。
其中用两个74LS163芯片可同时构成25s,20s,5s计数器。
移位寄存器预先置入数据0001，且寄存器设置成向右移位，这样寄存器的输出有且仅有一个1，将寄存器的四个输出与计数器分别相与然后再将四个相与的结果相或最后反馈输入到寄存器cp端这样就可以使寄存器控制交通灯的转换。
例如将寄存器Q3端与五秒计数器相与连接，由于寄存器其他端输出为零因而只有在五秒时间到后才会有一个脉冲输入到寄存器cp端使寄存器转换到1000状态，进而实现了控制时间和状态转换的功能。
由此可分析其他计数器与寄存器共同作用时对交通灯的控制。
又由于寄存器为循环计数所以可以实现交通灯状态转换的循环。
2.2.2设计方案二
单片机的定时器具有原理简单，编程方便，定时精确等优点。
可以产生频率可控，稳定的时钟信号。
STC89C52单片机具有40个i/o口，P0~P3共4组40个i/o，这些i/o
可以当做普通i/o口，每个i/o都可位操作，可读可写，操作起来非常方便，且P3口有第二功能，设置相应的寄存器就可以使用第二功能。
单片机外围电路简单，基于本设计，我们只需要在STC89C52单片机最小系统外再搭建12个LED信号灯电路和数码管时间显示电路，通过程序的控制，即可实现交通信号灯的设计。
相对来说，方案简单易行，制作实物较为轻松，且系统不易受外界干扰，稳定性强。
2.2.3方案比较
两个方案都能实现预定功能，方案一易于理解，方案二易于操作连线，因而在实验连线做实物时选用方案二比较合适。
3.部分电路设计
3.1秒脉冲信号发生电路
以555定时器接外接电路组成多谐振荡器发出频率为1Hz的脉冲信号，用作计数器的CLK信号。
555定时器引脚图如图所示，由脉冲频率公式：
f≈1/（R2+2*R1）C㏑2，要使f=1Hz，可以选择R1=5K，R2=5K，C=100uF，经计算可知，f≈1Hz。
图555定时器引脚图
图脉冲信号发生器
3.2计时电路
一片74LS163芯片可以组成16进制计数器，若用两片74LS163则可以拓展它的计数位数。
由于题目中需要用到25秒和20秒计数器因而用两块芯片实现功能。
管脚图介绍：
时钟cp和四个数据输入端D0，D1，D2，D3
清零CR使能端EPET
进位端CO
74LS163管脚图及功能表
计时电路电路由两块74LS163组成（如下图所示）
下图给出了25S和5S计数功能，另外20S计数功能只需将Q4,Q1,Q0以三输入与门连接即可。
芯片工作原理：
两块芯片输入端都接低电平，右边一块芯片使能端接1，左边使能端与右边芯片进位端相连，这样在脉冲作用下右边芯片从0000开始计数，当右边芯片到1111后在一个时钟脉冲作用下产生进位，使右边输出为0001，这样整个输出为00010000因而实现了计数拓展。
可以满足25，20和5计数要求。
3.3控制电路的设计
用一块74LS194芯片构成循环移位计数器。
芯片管脚图及功能表如下：
CR是清零端；M1，M0为工作状态控制端；
SL为左移时的串行输入端；
SR为右移时的串行输入端；
Q0，Q1，Q2,Q3是并行输出端；
D0，D1，D2，D3是并行输入端。
当CR=0时，各触发器均被复位，寄存器内寄存的全部数据全被清零。
只有当CR=1时，寄存器才能正常工作。
当M1=0，M0=1时，在CP上升沿作用下，移位寄存器进行右移操作。
如上图为寄存器连入电路图中的状态。
其中D0，D1，D2接低电平，D3，S0接高电平，SR接Q3.CP接反馈信号。
S1外接置数电路。
如下图所示为交通灯与寄存器的连接方法。
其中对于东西方向交通灯来讲，绿灯接Q0，黄灯Q1与一个时钟脉冲相与后的输出，红灯接Q2，Q3相与后的输出。
南北方向交通灯，绿灯接Q2，红灯接Q0，Q1相与后的输出，黄灯接Q3和时钟脉冲相与后的输出。
这样由寄存器和计数器以及与非门的使用可以实现控制交通灯。
控制原理说明：
东西方向绿灯与Q0相连，南北方向红灯接Q0Q1相与后的输出。
置数完成后，给计数器加上脉冲信号，此时寄存器输出为Q0Q1Q2Q3=1000对应状态1东西绿灯通车，南北红灯。
过25秒有一个脉冲输入寄存器此时输出为Q0Q1Q2Q3=0100对应状态2东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。
黄灯五次后寄存器转状态0010此时转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。
过20秒有脉冲输入寄存器，转态变为0001此时转状态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。
4调试与检测
4.1调试中故障解决方法
方案一的调试与检测：
依照电路图，在Proteus上连好电路后，点击仿真发现东西方向绿灯亮南北红灯亮但不能转换状态。
后经过检测发现74LS194的反馈脉冲输入端之前应接一个反相器。
经过改正后仿真得到结果与预期一致。
4.2调试与运行结果
状态1为东西绿灯通车，南北红灯，持续25s；状态2为东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯；状态3为南北绿灯通车，东西红灯亮，持续20s；状态4为南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
然后循环。
5仿真操作步骤及使用说明
5.1各部件说明：
1.555定时器：
产生1HZ的时钟脉冲
2.两块74LS163组成5,20,25计数器。
3.74LS194实现移位寄存器的作用并控制交通灯。
4.上面交通灯为东西方向，下面为南北方向。
5.2操作说明
1.0到25秒东西绿灯通车，南北红灯。
2.25到30秒东西绿灯灭，黄灯闪烁5次，南北仍红灯。
3.30到50秒南北绿灯通车，东西红灯亮。
4.50到55秒南北绿灯灭，闪5次黄灯，东西仍是红灯。
5.最后循环至状态1，如此不断周期循环下去。
6.体会与总结
通过这次课程设计我发现自己还有很多不足之处需要完善和改进。
首先是应该有扎实的专业知识，然后在这基础上多进行实际操作，增强自己的动手能力。
例外要对本专业相关的软件有所了解，需要平时自己利用时间多学习。
这次课设中出现了一些不懂的地方，经过向同学请教后一些问题都得到解答，以后自己在学习中要做到不懂就问，养成好问的好习惯。
本次试验中有同学用单片机完成了预期效果，但是由于自己没学过单片机不能很好的理解同学的思路，在以后的学习中要多逼迫自己多学点。
参考文献
[1]康光华,数字电子技术基础,高等教育出版社,第四版,1999[2]吴友宇,模拟电子技术基础,清华大学出版社,第一版,2009.05[3]CharlesK.Alexander,电路基础,清华大学出版社,第一版,2000.12[4]陈晓文,电子线路课程设计,电子工业出版社,2004[5]阎石,数字电子技术基础,高等教育出版社,2006[6]许自图,电子电路原理分析与仿真,西安电子工业出版社,2009
附录一
附录一
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
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
（30分）
答辩
（10分）
学习态度
与考勤
（10分）
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：
2012年7月9日
升级会员 