课程设计交通信号灯.docx
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课程设计交通信号灯
课程设计交通信号灯
课程设计说明书
（2012/2013学年第2学期）
课程名称：
题目：
交通信号灯
专业班级：
电气一班
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数：
两周
设计成绩：
2013年7月3日
1、课程设计目的········································3
2、课程设计软件部分····································3
2.1设计内容及要求·································3
2.1.1课程设计内容·······························3
2.1.2课程设计要求·····························4
2.2系统分析·······································4
2.3系统设计·······································4
3、课程设计硬件部分····································5
3.1方案设计········································5
3.2单元电路设计····································5
3.2.1秒脉冲发生器·······························5
3.2.2计数电路的设计·····························6
3.2.3控制电路的设计·······························7
3.2.4显示电路的设计······························7
3.2.5数码管显示的设计·········································8
3.2.6设计总原理图··············································9
3.3系统调试·······································10
4、课程设计总结·········································10
5、参考文献············································11
1、课程设计目的
在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。
2、课程设计软件部分
2.1设计内容及要求
2.1.1课程设计内容
A满足顺序工作流程：
南北绿灯亮、东西红灯亮，占20S，南北黄灯亮、东西红灯亮，占4S，南北红灯亮、东西绿灯亮，占20S，南北红灯亮、东西黄灯亮，占4S。
B他们的工作方式，有些必须是并行进行的。
南北绿，东西红。
南北黄，东西红。
南北红，东西绿。
南北红，东西黄。
C十字路口要有数字显示，作为事件提示，一边人们直接的把握事件。
D可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
E满足两个方向的工作时序：
既东西方向亮红灯事件应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
F倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机。
G信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求
2.1.2课程设计要求
A单电源5V供电
B南北、东西干道轮流通行由LED显示，计时又数码管控制
C实现功能所用的器件的成本低，数量少为最佳
D设计电路要优化设计，其中包括原理图和PCB图设计
EPCB板才用单面板，尺寸为10*15CM
2.2系统分析
交通信号灯分别控制两交叉道路之间车辆行驶的时间，需要具有倒计时的功能，并且当时间读秒结束后需要重新开始倒计时，此时红绿黄灯需要与之对应转换。
当这二者同时开始工作时，交通信号灯才能达到真正的目的。
（1）南北道绿灯亮，东西道红灯亮。
东西道禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔20s时，转到下一个工作状态。
（2）南北道黄灯亮，东西道红灯亮。
东西道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔4s时，转到下一个工作状态。
（3）南北道红灯亮，东西道黄灯亮。
南北道禁止通行，东西道的黄灯亮足规定时间间隔4s时转到下一个状态。
（4）南北道红灯亮，东西道绿灯亮。
南北道禁止通行，东西道上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔20s时，电路有转到第一种工作状态。
交通灯的以上四种状态是由控制器的移位寄存器74LS164芯片和一些门电路来进行控制的，具体介绍见后续控制器功能说明。
2.3系统设计
交通信号灯主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
秒脉冲发生器提供信号源发送给计时器与控制器，又信号源通过可逆计数器传达到译码器，之后由数码管显示出数字，从而实现倒计时功能。
秒脉冲发生器的另一组信号源通过反相器、位移寄存器、双D触发器、与门连接到达发光二极管，显示出红黄绿三种灯的变换过程。
三种灯的真值表如表1所示
Q1Q0
绿黄红
绿黄红
00
01
11
10
100
010
001
001
001
001
100
010
表1
3.系统设计硬件部分
3.1系统方案设计
如图1所示
主干道灯
图1
3.2单元电路设计
3.2.1秒脉冲发生器
以555定时器接外接电路形成多谢振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，用作计数器及D触发器的clk信号。
555定时器引脚图如图2所示，
脉冲频率公式：
f=1.43／（R1+2R2）C
要使f=1Hz，可选择R1=55K，R2=47K，C=10μF，形成电路图如图3所示。
图2图3
3.2.2计数电路的设计
用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制加法计数器。
要产生24秒的清零信号TL及4秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。
74ls163引脚图如图4所示，计数电路如图5所示。
图4图5
3.2.3控制电路的设计
用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。
74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示。
图6
图5
3.2.4显示电路的设计
显示电路由6个发光二极管与一个与2门芯片74LS08构成形成红绿黄灯之间的转换，
显示电路如图7所示
图7
3.2.5数码管显示的设计
数码管倒计时是由74LS163给出的信号，经过CD4543后在数码管上产生数字，从而达到计数的目的CD4543的引脚图、数码管的电路图如图8、图9所示
图8
图9
3.2.6设计总原理图
3.3系统调试
系统调试主要用到烙铁、万用表、工具刀等工具。
A、用砂纸打磨板子，将图纸完全包裹住板子，图纸印到板子上后，检查板子上有没有印错的地方，用工具刀将其割开。
B、检查完印好的板子后开始腐蚀板子，腐蚀板子时摇晃腐蚀液，充分与板子接触进行腐蚀，腐蚀完成后在检查板子看看有没有什么错的地方。
C、腐蚀完成后，继续进行打孔工作，用机器进行手工打孔，对准焊盘中心打孔，注意不要将孔打偏，以免在今后工作中插入芯片时不方便，孔打偏可能造成焊盘损坏，导致无法焊接。
D、打完孔后将之前印在板子上的墨汁用砂纸去污粉清除，清除墨汁时候砂纸打磨不应太过用力，以免砂纸将铜线打磨断。
E、清除完墨汁用用万用表在板子上进行检查，检查相邻两个孔之间是否存在短路，作出记号，用短接线相连。
F、在印有铜线上的一面刷上松香水，均匀刷在板子上，等松香水完全干燥，刷松香水可能会将之前打过的孔堵住，用镊子或者锥子将孔通开。
G、将做好的板子上插上芯片，各种原件，进行焊接，焊接过程要小心，板子焊盘之间间隔小，容易发生连焊，插装芯片原件时候注意正负极性，以及芯片引脚位置
H、板子焊完过后，通入5V电源，检验板子是否能正常工作，如果不能进行正常工作，及时检查各原件插装是否正确，芯片是否在焊接时候损害，用万用表检查是否出现短路。
4.课程设计总结或结论
本次课程设计主要锻炼了我们自己实际操作的能力，让我们走出了书本上的理论，从实践中进一步的了解到理论内容。
本次课程设计，遇到了几个难点，第一个就是用电脑画原理图,PCB板图。
连线出错、引脚画法出错、对芯片不够了解出错。
最记忆犹新的就是画原理图，对芯片不够了解在画图时候少画了VCC和GND的引脚，之后同学看过之后和我提出这个问题，自己开始修改不过还好的是这个问题很容易解决，看着自己图片画完之后，沾沾自喜，结果第二个问题出现了，这些器件中没有单独出来的与门，与非门，还有三输入与门的电路原件，所以那些画出来的与门，与非门，三输入与门，全部要换成芯片，换成芯片后自然图又要改，又开始改图的连线，等改完之后，开始进行封装，封装时候又出现了一个问题，也是芯片上的问题，当初画芯片引脚时候是看着什么简单就怎么来，没有按照给出的芯片引脚图来画，所以除了NE55574LS0474LS08以外，其他全部要改，又从新改了一遍引脚数据，改完之后连线上自然也就又出现问题，开始对连线修改，最后才化成最终的原理图，前后折腾了4天，周一才把图交上去，这次原理图让我学到了很多东西，也懂得了很多东西，对于元器件的功能，作用，用法，画法都学到了很多新知识。
画图时候一些小的错误，反反复复几次之后才化成最后的原理图，对芯片进行封装，制成PCB版图。
原理图，PCB版图出来之后进行板子制作过程，期间也出现了很多问题，印板子时候有的墨汁溅到其他线路上，用工具刀将其割开，芯片上有一个焊盘与其他连接线接到一起也是割开，刷完松香开始焊板子，一个芯片错位，焊在板子上之后才检查出问题，幸好有老师帮忙才能把芯片从板子上取下来。
拆下来的芯片在焊上去的时候因为焊盘的孔被锡堵住了，插上焊完后有一个引脚没插进去，又将芯片取出重新焊上去。
调试的时候第一次出现短路之后检查出NE555接反了，将NE555取出之后重新焊到板子上在进行检测，不过很顺利，在调试完之后第二次直接就成功了。
这次课程设计让我大致掌握了555谐振电路脉冲产生、十进制计数器、数据选择器、D触发器、编码器、多输入与门、多非门、多与门芯片的原理及具体组合应用。
总结下来，觉得最能学东西的是在找错误的过程中，通过电路接电源后的现象查出其中出错的原因并加以改正，不懂的就跟其他人一起商讨，特别是当自己一手画图、作图、印板、腐蚀、打孔、洗墨、刷松香水、插装芯片，焊好之后电路成功那一刻那种成就感真的很爽，很满足，这是一次很有意义的课程设计！
很感谢这一次课程设计，让我从这次课程设计中更深刻的了解到我们这个专业以后的作用，以后能干什么，能用书本上的知识做出什么。
5、参考文献
1 康华光电子技术基础数字部分；华中科技大学电子技术课程组编5版高等教育出版社，2006.1
2 康华光电子技术基础模拟部分；华中理工大学电子学教研室编4版高等教育出版社，1999.6
3 康华光电子技术基础模拟部分；华中科技大学电子技术课程组编5版高等教育出版社，2006.1
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