交通红绿灯课程设计

南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》任务书设计题目：交通红绿灯专业：电气工程及其自动化学生姓名:学号:起迄日期:2013年9月30日——2014年1月3日指导教师:《电子技术课程设计》任务书1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一．题目：交通红绿灯二．目的：本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。三．设计任务与指标：应用模拟数字电子技术，设计一个十字路口交通管理器，其技术指标与要求如下：1）主干道方向通行，支干道方向禁止通行，历时1min。2）主干道方向禁止通行，支干道方向仍然禁止通行，历时10s。3）主干道方向禁止通行，支干道方向通行，历时1min。4）主干道方向仍然禁止通行，支干道方向停车，历时10s。5）之后又返回到第一步循环。设计要求：（1）针对题目的要求，查阅相关资料提出设计方案；（2）画出系统能表示各单元功能的整机原理框图；（3）设计相应的单元电路，说明电路的工作原理，并确定元器件的参数，要求有计算过程；（4）组装、制作印刷板实物，调试或仿真电路，记录调试过程，实验数据，并分析仿真结果；（5）写出设计说明书，内容包括方案选择、单元电路设计、元件选择、整体电路、电路工作原理，仿真结果分析等，并列出元器件清单；（6）绘制总的系统电路图和PCB图。2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。3．主要参考文献：[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）第五版[M].北京：高等教育出版社，2006[2]康华光.电子技术基础（数字部分）第五版[M].北京：高等教育出版社，2006[3]中国集成电路大全编写委员会.中国集成电路大全集成运算放大器[M].北京：国防工业出版社，1985[4]孙梅生，李梅莺，徐搌英.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社，1989[5]彭介华.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社，19974．课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容12013.09.20~2013.09.25明确设计任务，根据任务进行方案选择，画出系统框图。22013.10.8~2013.10.22对方案中的各部分进行单元电路的设计，参数计算和器件选择。完成单元电路的仿真。32013.10.23~2013.11.08将各部分连接，画出完整的系统原理电路图。完成仿真。42013.11.11~2013.11.30绘制电路原理图、PCB板、元器件装配图。调试电路5013.12.05~2014.1.4撰写、修改设计说明书。设计说明书定稿主指导教师日期：2013年9月30日目录1概述·····················································11.1设计任务及指标········································11.2总体设计··············································11.3仿真··················································32电路设计2.1单元电路设计··········································32.1.1秒脉冲电路设计·····································`32.1.2定时器···············································32.1.3控制电路············································52.1.4译码及显示电路······································72.2总电路图及实物图······································82.3材料清单·············································83结论······················································104心得与体会···············································105参考文献··················································116附录······················································1211概述1.1设计任务及指标：设计十字路口的交通灯控制管理器要求如下：（1）主干道方向通行和支干道方向禁止通行，历时1min。（2）主干道方向禁止通行和支干道方向仍然禁止通行，历时10s。（3）主干道方向禁止通行和支干道方向通行，历时1min。（4）主干道方向仍然禁止通行和支干道方向停车，历时10s之后又返回到第一步循环。1.2总体设计交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由控制器、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。图中：TL:表示主道或支路车道绿灯亮的时间间隔为60秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为10秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。图1-1系统原理框图2（1）主车道绿灯亮，支路车道红灯亮。表示主车道上的车辆允许通行，支路车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。（2）支路车道黄灯亮，支路车道红灯亮。表示主车道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，支路车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）主车道红灯亮，支路车道绿灯亮。表示主车道禁止通行，支路车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）主车道红灯亮，支路车道黄灯亮。表示主车道禁止通行，支路车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1、2所示，控制器应送出甲、支路车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下表1-2规定：表1-2系统状态表图1-2画出了控制器上述4种状态转换图：图1-2交通灯状态转换图控制状态信号灯状态车道运行状态时间S0（00）甲绿、乙红主车道通行，支路车道禁止通行60sS1（01）甲黄、乙红主车道禁止通行，支路车道禁止通行10sS3（11）甲红、乙绿主车道禁止通行，支路车道通行60sS2（10）甲红，乙黄主车道禁止通行，支路车道禁止通行10sS1S2S3S431.3仿真采用的是Multisim10File软件进行电路仿真，仿真电路图见附录图3-12．电路设计2.1单元电路设计2.1.1秒脉冲电路设计秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，因为该电路的输出脉冲的周期T≈0.7(R1+2R2)·C,若T=1s，令C=10μf，R1=39KΩ,那么R2≈51KΩ。取一固定电阻47KΩ与一个5KΩ的电位器想串联代替电阻R2。在调试电路时，调节电位器RP,使输出脉冲周期为1s。图2-1秒脉冲信号发生器电路图2.1.2定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160功能表如表2-1所示。表中RD’是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制4端，EP、ET是计图1-3交通灯的控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。设计如图2-2表2-174ls160功能表1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Jan-2014SheetofFile:E:\Users\m\Desktop\Launcher\新建文件夹\MyDesign1.ddbDrawnBy:P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1VCC16GND8U0274LS160123U3A74LS00123U4A74LS08121312U5A74LS1034U6B74LS04ST56U6C74LS04VCCGND12U6A74LS04P03P14P25P36Q014Q113Q212Q311TC15CEP7CET10CLK2PE9MR1VCC16GND8U01174LS160GNDCLKTLTYTY非图2-1交通灯定时器CLKRD’LD’EPET工作状态X↑XX↑01111X0111XXXX01X011置零预置数保持保持（C=0）计数5其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。U01的11和14经过与非门后可得到10秒信号TY。.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲时TY才得到一个低电平。U02的12和14相与后再与U01的11和14相与非得到60秒信号TL。由控制器发出的ST信号经非门控制两个74ls1060的置数，即相当于清零。2.1.3控制电路控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的状态转换表，如表2-2所示。选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。表2-2控制器状态转换表根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：6根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。74ls153功能表如表2-3所示，74ls47功能表如表2-4所示。表2-374ls153功能表表2-474ls47功能表控制器原理图如图2-3所示。由两个双多路转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态，多路转换器与触发器配合实现00，01，10，11，4种状态的相互交换。7当状态为S1（00）时，即0秒时U10选择0和TY非输出即00，U11输出TY非，当60秒时TY变为1，此时U10输出01，U11输出ST=0，计数器重新计数。74ls74触