1、交通燈控制電路目 錄 第一章：序 （1-2）第二章：設(shè)計任務(wù)書 （2-4）第三章：電路組成和工作原理 （4-12）第四章：設(shè)計步驟與方法 （13-18）第五章：仿真過程 故障排除 （18-22）第六章：總結(jié) （22-23）第七章：參考文獻 （23）第八章：致 （23）畢業(yè)論文項目表填表日期年 月 日完成時間年 月 日學(xué)生系部專業(yè)、班級指導(dǎo)教師職稱從事專業(yè)是否外聘是否題目名稱指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日系 意 見系主任簽字： 年 月 日畢業(yè)答辯成績：年 月 日小組答辯委員會成員簽字：年 月 日答辯委員會主任簽字：年 月 日- 21 - / 25應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生頂崗實習(xí)鑒定表系

2、部電氣自動化系班 級08電氣自動化班姓 名性 別男實習(xí)單位單位地址實習(xí)時間年 月 日至 年 月 日實習(xí)類別實習(xí)學(xué)生個人小結(jié)實習(xí)單位鑒定意見 蓋 章：年 月 日 第一章 序 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是高等學(xué)校弱電類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。這門課程發(fā)展迅速、實用性和應(yīng)用性強，側(cè)重于邏輯行為的認(rèn)知和驗證。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展城市交通問題越來越引起人們的注意。人、車、路三者的關(guān)系協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)計算機綜合管理系統(tǒng)，他是現(xiàn)代城市的交通監(jiān)控系統(tǒng)指揮中最重要的組成部分。同時也隨著城市機動車輛的不斷增加，許多大城市如，等

3、出現(xiàn)交通超負(fù)荷運行的情況，因此，自八十年代后，這些城市紛紛修建高速道路，在告訴道路完成的初期，它們也曾有效地改善交通情況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對告訴道路的系統(tǒng)研究和控制，告訴道路沒有充分發(fā)揮初期的作用。而城市的高速道路在構(gòu)造上的特寫，也決定了城市告訴道路的交通狀況必然受告訴道路與普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，如何才用何時得控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道和匝道，城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。為此，本次設(shè)計完成的就是交通燈設(shè)計。一下就是城鄉(xiāng)交通燈控制系統(tǒng)的電路原理，設(shè)計計算和實驗調(diào)試等問題來進

4、行具體討論。第二章 設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：交通燈控制電路二、技術(shù)要求：1設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間都設(shè)為秒；2東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。3東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。4南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l5s。 5黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。三、給定條件與器件元件名型號數(shù)量集成電路74LS741個74LS002個74LS1632個74LS1532個74LS043個74LS101個74LS1381個NE5551個  電阻51k1個47k1個5.6k1個2007個5.1k1個電容

5、10 uF2個01uF2個 發(fā)光二極管紅色3個黃色3個綠色3個三極管3DG1個導(dǎo)線若干四、設(shè)計容1.電路各部分的組成和工作原理。2.元器件的選取與其電路邏輯圖和功能。3.電路各部分的調(diào)試方法。4.在整機電路的設(shè)計調(diào)試過程中，遇到什么問題，其原因與解決的辦法。第三章 電路組成和工作原理1分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖圖1.交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種（因人行道的交通燈和車道交通燈是同步的，所以不考慮），如圖1-2所示2.1   工作原理分析交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。

6、秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為15秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。     TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。     ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。（1）如圖1-2所

7、示，甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （4）

8、甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)與功能如表12、1所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：    &

9、#160;表1 控制器工作狀態(tài)與功能表控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0（00）甲綠乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01）甲黃乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S3（11）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，甲車道通行S2（10）甲紅、乙黃甲車道禁止通行，甲車道緩行AG=1甲車道綠燈亮BG=1乙車道綠燈亮AY=1甲車道黃燈亮BY=1乙車道黃燈亮AR=1甲車道紅燈亮BY=1乙車道紅燈亮 由此得到交通燈的ASM圖，如圖2所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時間小于15秒時，TL=0（用判斷框來表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時間等于15秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀

10、態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。以此類推可以弄懂ASM圖鎖表達的含義。2畫出交通燈控制器的ASM一、控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表12、3所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項"X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列

11、出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。表12.2 74LS163功能表表12.3 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)表12.3、可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應(yīng)的輸入或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（）加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能。控制器的邏輯圖如圖12.5所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。圖 12、5控制器邏輯圖二、定

12、時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模15的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設(shè)計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖3所示，其功能表如表12、2所示。圖中，是低電平有效的同步清零輸入端，是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CTp、CTT是計圖2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端

13、。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。電路的工作原理請自行分析。圖3 74LS163的外引線排列圖和時序波形圖三、譯碼器譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系。下圖為譯碼器的邏輯圖第四章 設(shè)計步驟與方法一、列出控制器與信號燈的關(guān)系表：表2、控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表狀態(tài)AG AY ARBG BY BR001    0    0 0    0    

14、1010    1    00     0     1100    0    11     0     0110    0    10     1  

15、   0 由秒脈沖發(fā)生器長生了周期性的變化的CP脈沖，一部分送給了定時器74LS163芯片的情況下，通過芯片74LS00將會輸出TY、T/Y/;TL、T/L/。即TY和T/Y/放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍；TL和T/L/放大的結(jié)果是秒脈沖的15倍。前者輸出的信號時后者的1/3。將定時器輸出的TY、T/Y/;TL、T/L/分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CP脈沖置于芯片74LS74中會輸出高地變化的電平。控制器中的信號在送給芯片74LS00組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和100歐電阻從而得到交通的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過小鄧的正常閃爍來實現(xiàn)下圖為交

16、通燈控制電路的總邏輯圖（圖2）：二、單元電路的設(shè)計（1）秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器由NE555電路與外圍電路組成，其中R6,C2的電阻電容值決定了脈沖寬度。振蕩頻率為：f=1.43/(R1+2R2)C電路圖如下圖：圖3秒脈沖發(fā)生器原理圖如圖3所示，R6、C2組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個方波信號，C2上得到一個三角波。此三角波送到NE555的2腳輸入端。由NE555部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號和3腳上的輸出方波。（2）控制器    控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。選用

17、兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項"X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。圖4 .定時器電路圖表6.74LS163功能表 輸 入輸 出CR LD CTP CPT CP D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q30 ×××××××1 0 ×

18、15; d0 d1 d2 d31 1 1 1 ××××1 1 0 ×××××1 1 × 0 ×××××0 0 0 0d0 d1 d2 d3計 數(shù)保 持保 持其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CP分別送給兩個74LS163的清零端2處。如圖所示：輸入端3.4.5.6分別接地.。U1的7和10與U2的15相連。.即：只有當(dāng)時15處產(chǎn)生一個高電平脈沖時才能觸發(fā)U1中的14產(chǎn)生脈沖同時和U3A中的2下作用產(chǎn)生脈沖。74LS00在ST中12.13共同

19、作用下將信號11分別送給U1和U2的SR。可以得到TY和TY非是秒脈沖的4倍；TL和TL非的結(jié)果是秒脈沖的24倍。三 PCB的設(shè)計1.原理圖的繪制把附表原理圖在Protel99中繪制出來。2.PCB的布線第五章 仿真過程，效果分析與故障排除電路調(diào)試電路連接完成后，要進行調(diào)試，以檢測是否達到要求。實踐表明，一個電子裝置，與時按照設(shè)計的電路參數(shù)進行安裝往往也難于打到預(yù)期的效果。這是因為人們在設(shè)計師，不能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問題，必然通過安裝后的測試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不組。然后采取措施加以改進，使裝置達到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對從事電子技術(shù)與有關(guān)領(lǐng)域的人員來說，是不應(yīng)

20、該缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號發(fā)生器。測試前的檢查電子安裝完畢，通常不宜給予通電，要形成這種習(xí)慣，先要仔細檢查。其檢查容包括：（1） 連線是否正確檢查的方法通常有兩種方法：a. 按照電路圖檢查安裝線路這種方法的特點是根據(jù)電路圖連線，按照一定順序安裝好的線路，這樣比較容易查出哪里有錯誤。b. 按照實際線路來對照原理圖電路進行查線 這是一種以原件為中心進行查線的方法。把每個元件引腳的線一次查清，檢查每個去除在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯，對于已查過的線通常應(yīng)該在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆1”檔，或數(shù)字式萬用表“歐姆

21、檔”的蜂鳴器來測量，可直接測量元器件的引腳，這樣就可以同事發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。 元器件的安裝情況 檢查元器件引腳之間有無短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管“+”“-”極不要接反。 調(diào)試方法與原則通電觀察把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路。觀察有無異常的現(xiàn)象，包括有無元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有該現(xiàn)象，應(yīng)該立即切斷電源，待排除故障后才能通電。一步步對電路的參數(shù)提出合理的修正。 調(diào)試中注意的事項 為了保證效果，必須減少測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點：（1）正確使用測量儀器的接地端（2）測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗；因為，若測量儀器輸

22、入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。（3）儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確的選擇測量點。（4）用一臺測量儀進行測量，測量點不同，儀器阻引起的誤差大小將不同。（5）調(diào)試過程中，不但要忍著觀察和測量，還要用于記錄。記錄的容包括實驗條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實驗記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計上的問題，完善設(shè)計方案。（6）調(diào)試時出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問題就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題。我們應(yīng)該認(rèn)真檢查。調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度受測量正確與否和測量精度影響。對于本交

23、通燈來說，只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調(diào)試，直接進行測量。測試電路中線路是否接通 同上用萬用表的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測的一組線的起始線和末端線的兩端，看電阻是否為0，則證明是通的，如果是無窮大，則證明中間有線短開的，則要一根一根的檢查該組的每一根線，直到檢查出為止。通電后的測試（1）測試電源 用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源的電壓，看是否打到額定電壓（本產(chǎn)品為+5V），如果不是，則換掉電源。（2）測試芯片的電源輸入端 同上用萬用表的直流電壓檔，測試芯片的接地端和接電源端的點，看是否達到芯片的額定電壓（本產(chǎn)品所有芯片都是+5V），如果不是，則檢查其線路是否接錯。操作

24、說明1.根據(jù)題目的要求整個交通控制系統(tǒng)需要有4個時間顯示器，12個交通信號燈。但由于芯片沒有，只有用實驗室的示波器來看秒脈沖時間。2.打開總開關(guān)，便可以進行交通控制系統(tǒng)的方針，電路默認(rèn)把通車時間設(shè)為15秒，打開總開關(guān)，東西方向車道的綠燈亮；那女誒方向的車道紅燈亮，示波器，顯示時間為15秒，然后黃燈以每一秒的度閃亮，東西方向的車道的綠燈也轉(zhuǎn)換成黃燈，同樣以黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。再過4秒后，電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的15秒，東西方向車道黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，人行道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；南北方向的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈，人行道的綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈。如此循環(huán)下去。具體時間見下圖：南北東西時間（S）綠燈黃燈紅燈綠燈黃燈紅燈15100000