1、精選優質文檔-傾情為你奉上電子技術課程設計報告 指導教師（簽字） 前言在現代城市中，人口和汽車日益增長，市區交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。因此，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通信號燈常用與交叉路口，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。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。    自從交通燈誕生以來，其內部的電路控制系統就不斷的被改進，設計方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化、科學化、簡便化。尤其是近幾年來，隨著電子與計算機技術的飛速發展，電子電路分析和設計方法有了很大的改進，電子設計自動化也已經成為現代電子

2、系統中不可缺少的工具和手段，這些為交通燈控制電路的設計提供了一定的技術基礎。本設計通過采用數字電路對交通燈控制電路的設計,提出使交通燈控制電路用數字信號自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態轉換的方法,指揮各種車輛和行人安全通行,實現十字路口交通管理的自動化。因此，在本次課程設計里，將以傳統的設計方法為基礎來實現設計交通控制信號燈。本實驗設計目的是培養數字電路的能力，掌握交通信號燈控制電路的設計方法。設計要求：1.定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒;2.每次由綠燈變為紅燈時，應有5秒黃燈亮作為過渡；3.分別用紅、黃、綠發光二極管表示信號燈；4.設計計時顯示電路。本設計由王為達，魏

3、偉龍，趙立三位同學完成由于所學知識有限，設計中難免出現錯誤，請老師批評指正。 目錄第一章 系統概述31.1 系統概述31.2 交通燈邏輯分析31.3總體設計方案3第二章 單元電路設計與分析62.1秒脈沖信號發生器的設計62.2定時器的設計72.3 控制器的設計82.4 顯示電路的設計11第三章 結束語143.1 系統綜述：143.2 總結及心得體會143.3 芯片介紹15 3.4 總體電路圖 見附圖173.5 元器件明細表18鳴謝19參考文獻19評語20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控制器、秒脈沖發生器、定時器、譯碼

4、顯示電路及信號燈組成。控制器由74LS153與74LS74來實現，脈沖發生器用晶體震蕩器產生，計數器采用兩個74161來實現，顯示電路經過74LS192的倒計數、七段顯示譯碼器7447及七段數碼顯示器連接起來實現。控制器通過RT對定時器進行控制，從而實現數字的顯示及綠、黃、紅燈的轉換。關鍵字：交通燈、控制器、秒脈沖發生器、定時器、譯碼顯示電路、狀態、轉換、主支干道。設計要求： 1.定周控制：主干道綠燈45秒，支干道綠燈25秒; 2.每次由綠燈變為紅燈時，應有5秒黃燈亮作為過渡； 3.分別用紅、黃、綠發光二極管表示信號燈； 4.設計計時顯示電路。第一章 系統概述1.1系統概述： 系統由秒脈沖信號

5、發生器、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出三種定時信號，使相應的發光二極管發光。譯碼顯示器在控制器的控制下，改變交通燈信號，分別產生三種倒計時時間顯示，控制器根據定時器的信號，進行狀態間的轉換，使顯示器的顯示發生相應轉變。1.2交通燈邏輯分析： 圖1表示位于主干道和支干道的十字路口交通燈系統，每條道路設一組信號燈，每組信號燈由紅、黃、綠3個燈組成，綠燈表示允許車輛通行，紅燈表示禁止通行，黃燈為過渡燈，表示該車道上已過停車線的車輛繼續通行，未過停車線的車輛禁止通行。1.3總體設計方案： 圖1為交通燈的一

6、個整體設計框圖。系統主要由秒脈沖信號發生器、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，秒脈沖信號發生器產生定時器和控制器所需的標準時鐘信號，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。MG、MY、MR分別表示主干道綠、  黃、紅三色燈，NG、NY、NR分別表示支干道綠、黃、紅三色燈。當某車道綠燈亮時，允許車輛通行，同時定時器開始計時，當達到指定時間時，TL輸出為，否則TL輸出為；當某車道黃燈亮后，定時器開始計時，當計時到秒時，TY輸出為，否則TY；當某車道紅燈亮時，定時

7、器開始計時，當計時到指定時間時，TS輸出為，否則TS。 圖1 交通燈系統框圖 因此，用定時器分別產生三個時間間隔后，向控制器發出“時間已到”的信號，控制器根據定時器的信號，決定是否進行狀態轉換。如果肯定，則控制器發出狀態轉換信號ST，定時器開始清零，準備重新計時。交通燈控制器的控制過程分為四個階段，對應的輸出有四種狀態，分別用S0、S1、S2、S3表示。S0狀態：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許車輛通行，主干道禁止車輛通行。當主干道綠燈亮夠規定的時間后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。S1狀態：主干道黃燈亮，主干道紅燈亮，此時主干道允許超過停車線的車輛繼續通行，而未超過停

8、車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當主干道黃燈亮夠規定時間后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。S2狀態：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，當支干道綠燈亮夠規定時間后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態。S3狀態：支干道紅燈亮，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。當支干道紅燈亮夠規定的時間后，控制器發出狀態轉換信號，系統進入下一個狀態-S0狀態。S0、S1、S2、S3狀態分別分配狀態編碼為00、01、11、10，由此得到控制器的狀態，如表1，表2所示。 表1.狀態轉換表

9、狀態主干道支干道時間（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轉換圖，其中TL、 TS、TY為控制器的輸入信號，ST為控制器的輸出信號。第二章 單元電路設計與分析2.1.秒脈沖信號發生器的設計：方案一： 本實驗采用555定時器組成秒脈沖信號發生器。因為該電路的輸出脈沖的周期T0.7(R1+2R2)·C,若T=1s，令C=10f，R1=39K,那么R251K。取一固定電阻47K與一個5K的電位器想串聯代替電阻R2。在調試電路時，調節電位器RP

10、 ,使輸出脈沖周期為1s。如圖3.1所示 圖3.1秒脈沖信號發生器方案二： 用石英晶體振蕩器和分頻器構成秒脈沖信號發生器,如圖3.2。 先用石英晶體振蕩器和若干電阻電容組成頻率為32768Hz的信號發生器，再用十四位二進制計數器CD4060 14進行14分頻使其成為2Hz的信號，最后用D觸發器進行2分頻，使其成為頻率為1Hz的秒脈沖信號。 圖3.2 石英晶體振蕩器和分頻器構成秒脈沖信號發生器 方案選擇：本設計中由于用秒脈沖信號作為計數器的計時脈沖，其精度會影響計數器的精度，進而影響控制系統的精度，因此要求秒脈沖信號具有比較高的精度，為提高精度可先做一個頻率比較高的矩形波振蕩器，然后將其輸出信號

11、分頻，就可以得到頻率較低而精度比較高的脈沖信號發生器。用石英晶體構成秒脈沖信號發生器不需要外加輸入信號，而且其脈沖頻率很穩定，起振快、時基精度高，它的工作頻率僅決定于石英晶體的振蕩頻率，而與電路中的R、C的數值無關。 綜上考慮，在實際應用中秒脈沖信號發生器的設計選用石英晶體振蕩器和分頻器構成秒脈沖信號發生器。但由于本次設計是基于multisim10.1軟件的，而multisim10.1上不支持石英晶體振蕩器，所以在仿真過程中可以使用555定時器構成的秒脈沖觸發器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用RC多諧振蕩器構成的電路來提供秒脈沖。 2.2、定時器的設計： 方案一： 用74LS193直接

12、構成減計數器，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST的作用下，計數器以減計數向控制器提供M5、M25、M45的信號，即TY、TS、TL的時間信號。方案二： 定時器由與系統秒脈沖同步的計數器74161構成，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST作用下，計數器從零開始計數，并向控制器提供M5、M25、M45信號，即TY、TS、TL的時間信號。方案選擇：74LS193是雙時鐘同步二進制可逆計數器，用它進行減計數與數字顯示倒計時相符合。然而必須在輸入端輸入數字，因此向控制器提供M5、M25、M45的信號需要5片74LS193。而用74161可以級聯，只需要2片即可向控制器提供M5、M25、M45的信號，倒

13、計數可在數字顯示電路中實現。用74161節省材料，節約成本，而且由于經常應用，因而使用起來較方便。因而選擇方案（）。當系統處于S0狀態為滿足支干道綠燈亮夠45秒，要將M45的輸出端反饋到使能端EP、ET，使它記到44時停止計數，然后轉換到S1狀態。而且要求計數器在狀態轉換信號ST的作用下，首先清零，然后開始計數，電路如圖4所示。 2.3.控制器的設計： 列出狀態轉換表，如圖所示。選用兩個觸發器作為時序寄存器產生四種狀態，控制器的轉換條件為TL、TY及TS，當控制器處于Q1nQ0n = 00 狀態時，如果TL=0，則控制器保持在00狀態；如果TL=1，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1=01狀態

14、。這兩種情況與條件TY和TS無關，所以無關項用“×”表示。其余情況依次類推，同時列出狀態轉換信號ST。 表2邏輯賦值后的狀態表Q1nQ2nTLTSTYQ1n+1Q2n+1說明00×××00維持S0，000××00001××01由S0 S1 01××001維持S101××110由S1 S210×0×10維持S210×1×11由S2 S311××011維持S311××100由S3 S0表 2 控制器的

15、狀態轉換表輸入輸出現態狀態轉換條件次態狀態轉換信號Q1nQ0nTL TY TSQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 × ×1 × ×× 0 ×× 1 ×× × 0× × 1× 0 ×× 1 ×0 00 10 11 11 11 01 00 001010101根據表2，寫出狀態方程和狀態轉換信號方程為：用四選一數據選擇器和D觸發器實現，設A1A0 = Q1nQ0n ，其他變量通過數據輸入端輸入。數據選

16、擇器用74LS153，觸發器用74LS74。設計中將觸發器的輸出看作邏輯變量，將TL、 TS、TY看作輸入信號，按照由數據選擇器實現邏輯函數的方法實現以上三個邏輯函數，并將觸發器的現態值加到數據選擇器的選擇變量端，數據選擇器的輸入端信號可以根據狀態方程和轉換信號方程得出。就可得到控制器的原理圖，觸發器的時鐘輸入端輸入秒脈沖。系統的輸出是在Q1Q0驅動下的六個發光二極管，各狀態與信號燈的關系由表2給出，因此，得到二極管信號與控制器狀態變量的關系為：主干道： MR= Q1支干道：NG= Q1Q0 電路如圖5所示。表3信號燈與控制器狀態編碼表狀態MG MY MR NG NY NRS0S1S

17、2S31 0 0 0 0 10 1 0 0 0 10 0 1 1 0 00 0 1 0 1 02.4、顯示電路的設計：交通燈的數字顯示采用倒計時，因而應采用減計數器。方案（）：采用74LS193進行減計數，然后將輸出接到七段顯示譯碼器上。方案（）：采用74LS192進行減計數，然后將輸出接到七段顯示譯碼器上。 74LS193是二進制計數器，而74LS192是十進制計數器。由于顯示的是由個、十位構成的數，因而用十進制計數器較好，選擇方案（）。 每個干道需要兩位數字顯示，由于用減計數器，因而每個干道需要5片74LS 192，由表3可看出主干道74LS192 應該向七段顯示譯碼器提供 M45（S0狀

18、態）、M5（S1狀態）、M30（S2、S3狀態）的倒計數，而支干道74LS192應該向七段顯示譯碼器提供M50（S0. S1狀態）、M25（S2狀態）、M5（S3狀態）的倒計數。74LS192的RD、LD端由Q1、Q0來控制，根據S0S3狀態改變Q1、Q0從而控制RD、LD端，使它們進行減計數和清零。CPD端輸入秒脈沖信號，而CPU端輸入高電平。電路如圖6、7所示。第三章 結束語3.1 系統綜述：通過分析交通燈控制系統的要求可知，整個系統主要由秒脈沖信號發生器、定時器、控制器、譯碼顯示器構成。其中，秒脈沖信號發生器由石英晶體振蕩器及由14分頻器CD4060芯片和一個D觸發器共同構成的分頻電路組

19、成；定時器由兩片異步四位二進制計數器74LS161芯片、三片D觸發器及若干與非門、非門、與門共同組成；控制器由三片數據選擇器74LS153及兩片D觸發器芯片構成；譯碼顯示器由十片74LS192、四片譯碼管驅動芯片7447和四個七段數碼管構成。驅動電路的工作。主控制器和定時計數器必須使用同一脈沖信號，譯碼電路輸出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路后驅動信號燈工作。控制電路是系統的主要部分，由它控制定時計數電路和譯碼驅動電路的工作能夠實現交通燈四種狀態的自動轉換。3.2總結及心得體會： 這次課程設計歷時整整一個星期。通過這一個星期的課程設計，我發現了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實

20、踐經驗還是比較缺乏，理論聯系實際的能力還急需提高。在課程設計過程中，光有理論知識是不夠的，還必須懂一些實踐中的知識。這次的課程設計也讓我看到了的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。剛開始的時候，我們就分配好了各自的任務，我主要負責定時器及數字顯示器的設計，李世彥同學主要負責秒脈沖信號發生器及控制器的設計。然后我們積極查詢相關資料，并且經常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協作是我們的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這

21、一點，這也是非常寶貴的。本次課程設計也鞏固和加深了我對電子線路基本知識和理解，提高了綜合運用所學知識的能力，增強了根據課程需要選學參考資料，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。然后深入研究，提出方案，對比后得出最終的可行方案。同時我也初步學習到了關于課程設計的基本方法、步驟和撰寫設計論文的格式。通過這次課程設計，我想說：為完成這次課程設計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂。和團隊人員這七天的一起工作的日子，我們相互幫助、默契配合。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！ 51-論文-網-歡迎您3.3 芯片介紹：1、74LS192芯片。74LS192為加減可逆十進制計數器，CPU端是加計數器時鐘信號，CPD是減計數時鐘信號RD=1時無論時鐘脈沖狀態如何，直接完成清零功能。RD=0，LD=0時，無論時鐘脈沖狀態如何，輸入信號將立即被送入計數器的輸出端，完成預置數功能。其功能表如下表所示:表 5 74LS192功能表CPU CPD RD LD 工作狀態X X 0 0 置數 1 1 0 加計數1 0 0 減計數X X X 1 清零2 C