交通信号灯控制器4.docx
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交通信号灯控制器4
上海电力学院
（2010/2011学年第1学期）
课题名称交通信号灯控制器
课题代码217
院（系）电力与自动化工程学院
专业电气工程及其自动化
班级2008025
学生张元一
时间2010-01-07至2010-01-18
指导教师签名：
教研室主任（系主任）签名：
一、设计目的
1、了解并掌握电子电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。
2、通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；进一步掌握电子仪器的正确使用方法。
3、学会使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计。
4、初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。
5、提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设计总结报告；培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、设计内容、要求及设计方案
1、任务
设计并制作1个十字路口交通灯控制器。
2、基本要求
1）要求A车道和B车道两条交叉道路上的车辆交替通行，每次允许通行时间都设为25s（绿灯亮）。
2）从允许通行（绿灯亮）到禁止通行（红灯亮）的过渡为5s（黄灯亮）。
3）当某一方向的黄灯亮时，另一个方向的红灯必须继续保持亮。
图1交通灯管理示意图
图2交通灯切换顺序图
4）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
5）电路必须具有自启动能力。
6）控制电路要求为交通警察保留手动控制功能，能在需要的时候人为控制通行方向。
7）在每个路口能够显示剩余通行时间或等待时间。
8）夜间控制电路保持两个方向的红、绿灯灭，而黄灯闪亮，提醒司机注意减速行驶。
3、设计方案
交通灯控制器原理框图如图3所示。
图3交通灯控制器原理框图
1Hz的秒脉冲可作为计时使用。
5分频后提供0.2Hz（5s）的时钟信号。
实验过程中，利用两个74ls161的芯片能完成分频的环节。
经过5分频后，就能进行模长为12的循环，下图为6盏灯在模长为12循环的波形，根据74ls161输出波形的特点，就能结合与，或门进行交通信号的控制了。
4、主要元器件
器件
数量
数码管
2
74LS190
2
7411
1
7412
1
7408
3
7432
2
灯泡
6
555定时器
1
74LS161
2
4012
1
4069
2
三、仿真过程
1、芯片管脚及功能的查询：
由于模拟电路中的门电路是集成在一块芯片上的，所以集成芯片的引脚需要查找资料，以下是实验中使用到的各种门电路的集成芯片。
74ls11引脚图
74ls190管脚图
74ls190功能表
7432引脚图
四2输入或门引脚图
555定时器引脚图
555定时器功能表
2、正常运行时的交通信号灯
实验开始时，我首先想到的是用触发器完成整个控制系统的循环。
将1秒的cp脉冲经过分频得到5秒的cp脉冲，再根据5:
1:
6的关系将5秒脉冲分到三个JK触发器中，组成由一个cp完成的异步时序电路。
但是在仿真的过程中，发现这个方法实现起来有些困难，并无法完成我所需要的那种功能。
在多次调整未果后，我放弃了这个想法。
在经过漫长的思考后，我决定使用波形叠加的方法来实现控制。
（1）仿真接线图：
（2）实现A通道红灯亮30秒，B通道绿灯亮25秒:
（3）实现A通道绿灯亮25秒，B通道红灯亮30秒：
（4）A通道绿灯到红灯过渡阶段黄灯闪亮5秒：
（5）B通道绿灯到红灯过渡阶段黄灯闪亮5秒：
3、自启动能力及人为控制通行方向：
自启动是能自由掌控交通的控制，所以我设计在电源附近装了一个单刀双置的开关，使它实现交通灯的启动与停止。
人为控制时，我本来设想用一个单刀双置实现其功能，分成自动循环状态和手动切换状态，可实践发现这是不能实现的，切换到手动模式时，没有电源为信号灯供电，另设电源又使电路繁杂，权衡之下，我在A通道红绿灯和B通道红绿灯附近各装一个开关，使之可实现A通道和B通道之间的人为切换，缺点是要切换4个开关
（1）总开关：
（2）切换到A通道绿灯B通道红灯状态：
（3）切换到A通道红灯B通道绿灯状态：
4、在每个路口能够显示剩余通行时间或等待时间：
采用元件：
两个74ls190芯片，三个或门，两个BS201A七段数码管
接线图如下：
由事先做好的555秒脉冲和两个由190组成的减法计数器构成
因为交通灯红灯时间为30秒，则起始时间为29，也就是说两个190的循环输入为2和9，接线图如图所示：
由于74ls190本身就是十进制，所以个位上就不需要反馈置数了。
起始状态为：
在25秒之后，一通道的绿灯跳为黄灯：
5秒后，转换为另一通道红灯亮：
如此，实现了一个循环。
5、夜间控制电路保持两个方向的红、绿灯灭，而黄灯闪亮
（1）计算过程：
由555定时器构成多谐振荡器
公式：
tPL=0.7（R2+RW）C
tPH=0.7（R1+R2+RW）C
又tPL+tPH=1秒，tPL≈tPH
所以R1取4.7k
，R2+RW=714.3k
（具体取712k
受限于电阻的固定阻值以及5%的误差）
C1=0.01
f
C2=1
f
（2）遇见问题：
示波器显示错误，后从新接过又换了一台示波器就好了
注意事项：
由于秒脉冲，所以示波器得调到<5HZ的频率上才能看到方波，否则显示就是震荡波
接夜间黄灯的主体思路：
由于红绿灯都有一端接地，所以先断开高电势端，后接通直接由CP秒脉冲提供的信号端经保护电阻接上两个黄灯就实现了夜间只闪黄灯的功能。
接线图
四、实验过程：
（1）总的连线图
（2）A通道绿灯亮B通道红灯亮的实现：
（3）A通道黄灯闪亮B通道红灯亮的实现：
（4）A通道红灯亮B通道绿灯亮的实现：
（5）A通道红灯亮B通道黄灯闪亮的实现：
（6）夜间时，黄灯闪亮的实现：
五、实验心得：
通过这次对交通信号灯控制电路的设计与制作，让我了解设计电路的程序，也让我了解了关于交通信号灯的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真，仿真成功之后才实际接线，但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，会受到各种条件的制约。
通过这次设计实验，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻的理解。
通过设计实验，我们将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法逐步完成，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
实验中遇到很多问题，刚开始对于各个芯片的管脚都不是很熟悉，查找资料就花了很多时间，到接线发现，因为刚开始没好好规划，导致接线混乱，甚至插口不够用，要向外接线的情况，最终导致看不清线路，无法检查错误，无奈之下就从新接了一次线，这次的线路就变得明朗很多，可是无法实现我们想要的状态，就用示波器和LED灯一个一个管脚，一条一条接线去排查，可是虽然发现是74LS161的问题，但不知道哪错了，最后经过无数尝试，终于发现是输入悬空导致无法置数为零，将两块74LS161芯片输入端都接低电平之后就正常工作了。
在这次设计实验中，我负责自启动的设计和通道的手动切换。
感谢学校及老师给了我们这次自己动手设计电路完成实验的机会，让我们受益匪浅，感谢老师的殷殷指导和关心，。
六、参考文献：
（1）《电子设计基础》康华光主编高等教育出版社
（2）《电路逻辑分析与设计》杨福生主编人民教育出版社
（3）《电子技术实验指导书》王鲁杨主编中国电力出版社
（4）《电子技术课程设计指导书》上海电力学院
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