简易交通灯控制电路的设计.doc
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课程设计任务书
课程名称电子线路课程设计
课程设计题目简易交通灯控制电路的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
1．东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25秒。
2．东西方向与南北方向黄灯亮时间5秒。
3．南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮时间15秒。
4．如果发生紧急事，件可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况后能恢复正常。
二、设计要求
1.在选择器件时，应考虑成本。
2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。
3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1．童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础。
[M]北京：
高等教育出版社，
2006年。
2．闫石，数字电路基础（第五版），[M]北京：
高等教育出版社，2005.
3．陈孝兵555集成电路使用电路集高等教育出版社，2002-8
4．王刚TTL集成电路应用机械工业出版社2000-10
五、按照要求撰写课程设计实验报告
成绩评定表：
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）
2
设计结果可信（例如：
系统分析、仿真结果）（15分）
3
态度认真，遵守纪律（15分）
4
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）
5
答辩（30分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2015年1月16日
一、概述
随着我国汽车工业的发展，近年来交通事故高发，是一个普遍的问题，因此，交通红绿灯的设计，关乎所有人的生命安全。
本次课设要求完成红绿灯设计电路，且各个方向的时间不相同，但是东西方向可以共用一个红绿灯，南北方向也可以共用一个红绿灯，设计电路中，应该先选择触发器产生波形，计数器进行计数，这样计数时间一定后将进位端连上合适的门电路，产生符合要求的红绿灯设计电路。
二、方案设计
设计方框图如图1所示
门电路判断
161计数器
555触发器
相应电路的红绿灯亮灭情况
图1.方案设计方框图
设计思路：
（1）555芯片构造成多谐振荡器，产生时钟脉冲，时钟脉冲是总电路的控制，为计数器，各个数列提供时钟脉冲。
（2）用一个161的十六进制计数器组成的分频电路，把原来555所组成的时钟脉冲进行分频，555设计产生2HZ的时钟信号，161进行十倍分频，原信号变为0.2HZ这时候作为新的输入信号，用来做下一个161片子的时钟输入端。
（3）将分频以后的信号作为161计数器的时钟输入端，当161计数器计数为0到4的时候，整个时钟走了五个周期，一个周期的时间是五秒，从而达到计数25秒的效果。
在将计数器的4到5设置为黄灯信号，从而达到计数五秒的效果。
（4）因为当计数器时间到了5以后，由于黄灯要进行跳变，故而在加入另一个计数器，使得该计数器从0到2进行计数，计数十五秒，从而使红绿灯发生跳变，设置2到3秒为黄灯。
（5）用另外一个161片子作为选择切换两个计数器的工作状态，配合相应的门电路，就能实现整个电路的要求达到的功能。
由于本方案中黄灯电路，就当两个计数器从2到3，从4到5计数周期，从而实现四个路口全部黄灯的功能。
本方案优缺点：
由于本方案中用的是一个分频器，而且其他电路均用161进行实现，从而避免使比较复杂的计数器，且该电路片子的种类基本为常用芯片，便于实验搭建电路。
加上附加的门电路，该电路成本低，且使用的均为可靠常用芯片。
同时用分频器实现25秒电路图思想比较与众不同。
三、电路设计
1.分频器电路
分频器用555定时器做成施密特触发器，且产生2HZ的方波，但是该频率不符合实验电路中要求的五秒技术一次的要求，因此用一个161计数器，设计为置零法，计数到1001，即是个周期，从而实现了计数器的计数要求。
.
图2.分频器电路
2.分频器电路选择片子工作的电路：
该电路中最左边的161片子是作为选择片子来工作的，当右边上方片子3达到了进位输出的时候，即二进制数0101，十进制数5秒的那个时刻，下方片子没有工作，因而片子3的输入端为高电平，因而三输入与非门的输出端为低电平，从而使最左边时钟由高拉低了，进而使得该片子的输出端为低电平，成功的将片子由上面的工作下面的不工作状态，切换为上面的不工作而下方的片子工作状态。
图3.切换片子工作芯片的电路
3.南北方向红灯，东西方向绿灯电路25秒：
该电路由于开关处于断开状态，因而上方电路线为低电平，因而门电路中最左边的或门电路上面的输入端为低电平，下面的输入端与非门电路有关。
当第上方的161工作时候，输入端为低电平，非门以后为高电平，从而或门输出变为高电平，从而南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。
图4南北方向绿灯，东西方向红灯电路25秒
4.南北方向红灯，东西方向绿灯电路15秒：
该电路中由于最左边的或门电路上输入端为低电平，下输入端为高电平，从而使得电路输出为现在图中所示，上方绿灯亮，下方最下面的或门上输入端为低电平，下输入端为高电平，从而下方红灯亮。
图5.南北方向绿灯，东西方向红灯电路15秒
5.黄灯电路：
黄灯电路的工作在两个计数器的输出端均为高电平时候，此时三输入与非门为高电平输入，输出为低电平，强行将两个161片子的9端口为低电平，此时最左边的非门输出为高电平，因而和他相连的右边的非门变为高电平，此时与黄灯相连的或门电路变为高电平，则黄灯全亮。
图6.黄灯电路
6.紧急状况电路：
当紧急状况开关闭合，非门电路为低电平，161不工作，此时最右边上下两个或门的输入端为高电平，两个红灯均亮。
图7.紧急电路
四、性能测试
1..分频器工作电路的测试
电压波形仿真如下图所示
图8.分频器电压波形图
2.切换片子工作状态的测试
当上面的161工作的时候的如下图所示
图9.当上面的161工作状态图
当下面的161工作的时候如下图所示
图10.当下面的161工作状态图
3.东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮25秒测试
东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮25秒测试如图所示
图11.东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮25秒测试图
4.东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮15秒测试
东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮15秒测试如图所示
图12.东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮15秒测试图
5.黄灯5秒测试图
黄灯5秒测试如图所示
图13.黄灯亮测试图
6.紧急状况测试图
紧急状况测试图如图所示
图13.紧急状况测试图
7.实物连接电路图：
实物连接电路图如图所示
图14.实物连接电路图
本次设计电路，应该有四种情况，上图中显示的是东西方向红灯电路，南北方向绿灯电路15秒，该电路下来会自动切换状态，到东西南北都为黄灯5秒，后在自行切换到东西方向绿灯南北方向红灯电路25秒，当开关闭合上之后，电路会显示四个方向全部为红灯。
开关断开时候，电路自行恢复到正常状态。
五、结论和感想
在这次课设中体会到了书本和实际的差距，在书上会解题，不一定会设计方案，对于计数器同步和异步，有时候为了达到多一位和少一位的问题都要花很长时间去修改，感觉对了，但是结果还是不对，仿真和实际的构思有一定的差距。
课设的目的是锻炼学生的自学能力和解决问题的能力，当遇到问题时一定要先思考，然后再做，只有把本质的东西弄明白了，做起来就会轻松！
参考文献
[1]ThomasLFloyd主编.数字电子技术第十版.[M]北京：
，电子工业出版社2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年
[3]童诗白，华成英编.模拟电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[4]戴伏生主编.基础电子电路设计与实践.[M]北京：
国防工业出版社，2002年
[5]谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京：
电子工业出版社，2003年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
A1
定时器
555
1
2
R1
电阻
3.6MΩ
1
3
U4U5U6U10
计数器
74LS161
4
4
U3FU3CU3DU8AU3A
非门
74LS04
1
5
S1
开关
1
6
U18BU14BU14DU11BU15BU15AU15C
或非门
74LS08
2
7
U13
三输入或非门
74LS27
1
8
U19AU19B
或门
CD4032
1
9
C3
电容
1uF
1
10
C2
电容
0.1uF
1
13
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