【正文】 《電子技術(shù)》課程設(shè)計報告 題 目 簡易交通信號燈控制器 學(xué)院（部） 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 月 日至 月 日 共 周 指導(dǎo)教師（簽字） 前 言在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路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；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通信號燈控制器自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮主、從干道上各種車輛和行人的安全通行，實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。自從交通信號燈產(chǎn)生后其內(nèi)部控制電路幾經(jīng)完善使其更加合理與人性化，科技含量不斷提高，各種新型算法的誕生使得控制理論向著智能化方向邁進，前人的基礎(chǔ)上給信號控制器的進一步發(fā)展提供了寬闊的平臺與一定的技術(shù)基礎(chǔ)。該設(shè)計是利用數(shù)字電路實現(xiàn)對交通燈的控制可以提高其時間上準(zhǔn)確度及抗干擾能力,提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車輛和行人安全通行,實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。因此，在本次課程設(shè)計里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計方法為基礎(chǔ)來實現(xiàn)設(shè)計交通控制信號燈。本實驗設(shè)計目的是培養(yǎng)數(shù)字電路的能力，掌握交通信號燈控制電路的設(shè)計方法。設(shè)計要求：：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒。，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡；、黃、綠發(fā)光二極管表示信號燈；。設(shè)計過程中參考了一些相關(guān)文獻，主要資訊來源于長安大學(xué)電子圖書館以及相關(guān)館內(nèi)藏書。為節(jié)約成本。本設(shè)計主要由三位同學(xué)完成。由于所學(xué)知識有限，設(shè)計中難免出現(xiàn)錯誤，請老師批評指正目錄前言..............................................................................................................................2題目及摘要...................................................................................................................4關(guān)鍵字.........................................................................................................................4設(shè)計要求......................................................................................................................4第一章 系統(tǒng)概述……………………………………………………………………5 系統(tǒng)概述………………………………………………………………………5 交通燈邏輯分析………………………………………………………………5…………………………………………………………………5第二章 單元電路設(shè)計與分析………………………………………………………8…………………………………………………8………………………………………………………………8 控制器的設(shè)計……………………………………………………………10 顯示電路的設(shè)計…………………………………………………………14第三章 系統(tǒng)綜述、電路安裝、調(diào)試……………………………18 系統(tǒng)綜述…………………………………………………………………..18………………………………………………………..18 故障分析及處理……………………………………………………………18 整體性能指標(biāo)測量…………………………………………………………..18 總體電路圖 見附圖.......................................................................................22第四章 結(jié)束語 總結(jié)及心得體會……………………………………………………………19 芯片介紹……………………………………………………………………19附： 設(shè)計總電路圖...................................................................................................22元器件明細表 ..........................................................................................................23鳴謝…………………………………………………………………………………24參考文獻……………………………………………………………………………24評語…………………………………………………………………………………25簡易交通信號燈控制器摘要：交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，減少交通事故。交通燈控制器主要由秒脈沖發(fā)生器、控制器、定時器、譯碼顯示電路及信號燈組成。脈沖發(fā)生器是用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器實現(xiàn)，控制器由JK觸發(fā)器與各種邏輯門來實現(xiàn)，定時器采用74LS192及各種邏輯門來實現(xiàn)，顯示電路由自帶譯碼器的七段數(shù)碼顯示器來實現(xiàn)，控制器出來的信號通過74LS139譯碼后連到信號燈上，控制器通過ST對定時器進行控制，從而實現(xiàn)計時器的重置數(shù)開始新一輪計數(shù)過程。關(guān)鍵字：控制、計數(shù)、譯碼、顯示、時鐘信號設(shè)計要求：1. 定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒；2. 每次由綠燈變?yōu)榧t燈時，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡；3. 分別用紅、黃、綠色發(fā)光二級管表示信號燈；4. 設(shè)計計時顯示電路。第一章 系統(tǒng)概述： 系統(tǒng)由秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示器、信號燈顯示器五大部分組成。其中秒脈沖信號發(fā)生器用于給各個組成部分提供脈沖信號，通過定時器向控制器發(fā)出三種時間到信號，使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。譯碼顯示器在控制器的控制下，改變交通燈信號，分別產(chǎn)生三種倒計時時間顯示，控制器根據(jù)定時器的信號，進行狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，使顯示器的顯示發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變，同時產(chǎn)生使計時器重新置數(shù)的信號開始下一輪計數(shù)。： 位于主干道和支干道的十字路口交通燈系統(tǒng)，每條道路設(shè)一組信號燈，每組信號燈由紅、黃、綠3個燈組成，紅燈表示禁止通行，黃燈為過渡燈，綠燈表示允許車輛通行，表示該車道上已過停車線的車輛繼續(xù)通行，未過停車線的車輛禁止通行。： 圖1為交通燈的一個整體設(shè)計框圖。系統(tǒng)主要由秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼器、信號燈顯示器組成。其中控制器是核心部分，由它控制定時器和譯碼器的工作，秒脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生定時器和控制器所需的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號，譯碼器輸出兩路信號燈的控制信號。 圖中TL、TS、TY為定時器的輸出信號，ST為控制器的輸出信號。R、Y、G分別表示主干道紅、黃、綠三色燈，r、y、g分別表示支干道紅、黃、綠三色燈?！　　‘?dāng)主干道綠燈亮?xí)r，允許車輛通行，同時定時器開始計時，當(dāng)達到指定時間時，TL輸出為１，否則TL輸出為０；　　　當(dāng)某車道黃燈亮后，定時器開始計時，當(dāng)計時到５秒時，TY輸出為１，否則TY＝０；　　　當(dāng)主道紅燈亮?xí)r，定時器開始計時，當(dāng)計時到指定時間時，TS輸出為１，否則TS＝０。圖1 交通燈整體框圖因此，用定時器分別產(chǎn)生三個時間間隔后，向控制器發(fā)出“時間已到”的信號，控制器根據(jù)定時器的信號，決定是否進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如果肯定，則控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號并發(fā)出清零信號ST，定時器開始清零，準(zhǔn)備重新計時。交通燈控制器的控制過程分為四個階段，對應(yīng)的輸出有四種狀態(tài)，分別用S0、SSS3表示。S0狀態(tài)：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許車輛通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道綠燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。S1狀態(tài)：主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許超過停車線的車輛繼續(xù)通行，而未超過停車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道黃燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。S2狀態(tài)：主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許車輛通行，當(dāng)支干道綠燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。S3狀態(tài)：主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。當(dāng)支干道紅燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)S0狀態(tài)。S0、SSS3狀態(tài)分別分配狀態(tài)編碼為00、0110，由此得到控制器的狀態(tài)，如表1所示。 表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)主干道支干道時間（s）S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行45S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行5S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行25S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車5圖2畫出了控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其中TL、TS、TY為控制器的輸入信號，ST為控制器的輸出信號。圖2控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖第二章 單元電路設(shè)計與分析： 圖2 秒脈沖信號發(fā)生器 ：用74LS192直接構(gòu)成減計數(shù)器，在秒脈沖信號上升沿的作用下，實現(xiàn)從預(yù)置數(shù)字開始減計數(shù)，計數(shù)器輸出零時產(chǎn)生時間到信號，三組計數(shù)器分別產(chǎn)生MM2M45的信號，即TY、TS、TL的時間信號。在JK觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時進行異步置數(shù)開始下一輪計數(shù)。 74LS192是雙時鐘同步二進制可逆計數(shù)器，用它進行減計數(shù)與數(shù)字顯示倒計時相符合。并且是十進制計數(shù)器可以直接與自帶譯碼器的現(xiàn)實管相連十分方便。置數(shù)端需要輸入數(shù)字但同時可以滿足各種時間要求的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在條件變化時即所要求的紅綠燈亮的時間發(fā)生改變時可以很方便的通過改變置數(shù)來改變。用74ls192設(shè)計方便，容易調(diào)整，而且由于經(jīng)常應(yīng)用，因而使用起來較方便。因而選擇方案（Ⅱ）。1) 功能介紹74ls192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。管腳圖和功能表分別為圖5和表2圖3 74ls192管腳圖表 2 74LS192功能表CPUCPDCLRLOAD工作狀態(tài)XX00置數(shù)XX1X清零1↑01減計數(shù)↑101加計數(shù)74LS192是8421編碼的十進制可逆計數(shù)器，管腳113是低電平有效的進位端與借位端用于計數(shù)器的級聯(lián)，5管腳分別是減與加脈沖輸入端，高電平有效。2) 設(shè)計應(yīng)用共用五塊74LS192芯片，分三組，一片自己構(gòu)成5秒時間到控制計時器，兩片級聯(lián)構(gòu)成25秒時間到控制計時器，其余兩片級聯(lián)構(gòu)成45秒時間到控制計時器。當(dāng)5秒計時器輸出為零時說明5秒時間按到，此時由于是減計數(shù)器，其借位端BO將會輸出低電平，經(jīng)非門轉(zhuǎn)換后作為時間到信號送到JK觸發(fā)器即信號Ts。當(dāng)25秒計時器組輸出為零時說明25秒時間按到，此時由于是減計數(shù)器，其借位端BO將會輸出低電平，經(jīng)非門轉(zhuǎn)換后作為時間到信號送到JK觸發(fā)器即信號Ty。當(dāng)5秒計時器輸出為零時說明25秒時間按到，此時由于是減計數(shù)器，其借位端BO將會輸出低電平，經(jīng)非門轉(zhuǎn)換后作為時間到信號送到JK觸發(fā)器即信號TL。當(dāng)JK觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生改變時，即信號ST有效時5片74ls192同時異步重置數(shù)重新開始計數(shù)。電路圖如圖6所示：圖4 計時控制電路：方案一 列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表3所示。選用兩個觸發(fā)器作為時序寄存器產(chǎn)生四種狀態(tài)，控制器的轉(zhuǎn)換條件為TL、TY、TS，以及Qn、Qn+1的狀態(tài)。當(dāng)控制器處于Q1nQ0n = 00 狀態(tài)時，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL=1，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1=01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY和TS無關(guān)，所以無關(guān)項用“”表示。其余情況依次類推，同時列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 表 3 控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入輸出現(xiàn)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次態(tài)重置數(shù)信號Q1nQ0nTL TY TSQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 01 01 11 10 1 0 1 0 1 X X 0 X X 1 0 00 10 11 01 01 11 10 001010101根據(jù)表3，寫出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號方程為：用JK觸發(fā)器和各種邏輯門電路實現(xiàn)，與觸發(fā)器的特性方程 比較系數(shù)有 根據(jù)方程（3）可以知道用兩個三