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1、交通灯控制电路设计与制作1. 设计意义及要求1.1设计意义随着社会的发展，城市规模的不断扩大，城市交通成为制约城市发展的一大因素。大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化、方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，本电路也正是基于实际应用的基础之上抽象出来的，仅是对实际应用的模拟。1.2设计要求1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒2.要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道 3.黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次 4.提出至少两种设计方案，并优选方案进行具体设计5.撰写符
2、合学校要求的课程设计说明书2方案设计分析2.1 方案设计2.1.1方案一结构框图自动手动时基电路时序控制时间显示东西方向时间显示南北方向图2-1-1方案一结构框图原理说明：根据实验要求，交通灯按照时间设定变换工作状态，其中黄灯为闪烁发光。1.时基电路：选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生所需频率的脉冲。2.计数译码显示电路：选用可置数的8421BCD 码十进制计数器，这里选用74LS192，另加74LS48译码器及共阴极LED数码管。3.时序控制电路：采用移位寄存器74LS164，接成扭环形计数器。4.分频电路：利用74LS74对秒脉冲进行分频，即可得到单位时间脉冲，控制各灯亮的时间。
3、原理图：图2-1-2 方案一PROTEUS仿真图2.1.2方案二结构框图：秒脉冲产生电路定时器控制器译码器TLTYST图2-1-3 方案二结构框图原理说明：交通灯控制系统的原理框图如上图所示。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: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25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5秒。定时时间到，TY=1，
4、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。（可以加上数码管显示电路）1.甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。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.甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲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，乙车道禁止通行。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.甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙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S
5、T，转到下一工作状态。4.甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙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。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，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。原理图：图2-1-4 方案二PROTEUS仿真图2.2 方案比较与选择方案一与方案二都可以完成设计要求，并且通过仿真都是可行的。第一种方案是书上介绍的，原理容易理解，第二种是通过查阅图书馆资料以及上网搜索相关信息然后自
6、己动手连成的。两种方案均可用译码器连接数码管组成译码显示电路，在红绿灯显示的同时显示剩余时间。方案一使用十进制计数，方案二通过二进制控制。若在方案二上加上数码管显示则需再加74LS48译码器，稍显繁琐。尽管方案一与方案二都有不足，而且在现实生产中可能都会遇到困难，但综合多个方面考虑决定采用方案一。3单元电路设计3.1脉冲输出电路图3-1-1 脉冲输出电路PROTEUS仿真图555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。由555定时器组成的CP脉冲电路，产生频率为1HZ的脉冲信号控制计数器工作。参数选择如下：R1=
7、68K，R2=15K,，C=10uF输出信号的时间参数是： T=0.7（R1+R2）C=0.7R2C其中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。3.2计数译码显示电路图3-2-1 计数译码显示电路PROTEUS仿真图由功能要求可知，需选用可予置数的可逆8421BCD码十进制计数器，这里选用74LS192，通过74LS48译码器及共阴极LED数码管。3.3分频电路图3-3-1 分频电路PROTEUS仿真图十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6所以若选4秒为一时间单位，则计数器每四秒输出一个脉冲。这里选用74LS74组成。3.4时序控制电路图3-4-1 时序控制电路P
8、ROTEUS仿真图由74LS164组成扭环形计数器，对单位时间t进行计数，经反相器组成的译码器输出，分别控制东西、南北各灯，其中黄灯为闪烁亮。各方向各灯的控制信号是由计数器输出Q0Q7取值关系的真值表（设灯亮为1，否则为0），求出简化以后的逻辑表达式，用译码器或者门电路实现。显示时间的控制信号，由南北方向的黄灯控制信号控制东西方向的绿灯时间计数器，东西方向的黄灯信号控制南北方向的绿灯时间计数器。3.5自动与手动控制电路图3-5-1 自动与手动控制电路PROTEUS仿真图由与非门组成的基本RS触发器（又称抖动开关）作为手动开关信号，主要是便于电路调试。自动控制由秒信号产生电路（555组成）的输出
9、经四分频形成单位时间t。若改变t，只需改变分频级数。若时间要求精确，可用晶体振荡器加以分频而得到秒信号。4调试与检测4.1调试由于电子电路设计要考虑很多因素，加之元器件性能的分散，以及许多人为因素的影响，一个组装好的电子电路不可能不经过调试即可满足要求。任何电子电路都必须经过认真细致的调试，才能获得满意的性能要求。在这个过程中用的最重要的仪器就是万用表。4.1.1调试方法电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试(1) 分块调试法分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别进行调试。模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。实施分块调试有两种方法一
10、种边安装边调试；另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。(2) 整体调试 此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。4.1.2调试步骤（1）检查电路对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。（2）接通电源观察在做好第一步的基础上进行下一步。接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，按第一步重新检查电路对出现事故的电路部分进行着重的检查，直至发现并排除错误。（3）工作开关断开的情况下的调试 当第二步完成后，在断开
11、开关的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出，各芯片的初始输出是否正确，如果存在问题，查找出原因并解决。（4）工作开关闭合的情况下的调试闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。4.1.3调试后的结果各部分电路正常的工作。打开电源开关，各信号灯按设定规律发光，数码管显示数字，并且时间基本显示正确。4.1.4调试中的故障及解决办法由于电路中的芯片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中出现问题是不可避免的。调试过程中，发现以下问题：1. 数码管显示数字，但固定不变，不能测量。原因是74LS192的管脚接错。我们重新安装了
12、计时电路。2. 数码管经常显示异常，某一段不显示或整个不亮，经过万用表检查，接线并没有错处，不经意间发现如果不小心碰到哪根线数码管会再次恢复正常，更换相应导线并确定数码管接触良好后再次打开电源，则数码管显示正常。3. 信号灯闪烁时间不对，时间过长或过短。原因是555计时器电路中电阻接错了，我们重接以后，电路正常工作。4.2检测接通电源，看信号灯的闪烁情况及数码管显示情况，根据所出现的异常，每根导线的检测，再将相关的芯片检测。结束语通过本次课程设计学习交通灯电路的设计与制作，让我有很多感受和体会，深切的感受到了电子技术在日常生活中的广泛应用，更加理解理论联系实际的意义，为以后的工作、学习奠定了基
13、础。本次课程设计中主要还是通过查阅课本、图书馆相关资料并上网查有关芯片的引脚图才得以顺利完成。虽然设计出了电路，通过PROTEUS仿真成功，但还是有许多的不足之处。比如数码管显示电路可以再简化一些，只用两个数码管即可模拟，从而节省开支。设计过程中不仅要参考书本上知识，还要有些自己的东西加进去，由于本次是分组完成的，可以在小组内讨论，集思广益，收集好的建议完成作品，更体会到了群体的力量。设计出电路以后可以考虑从另一个方面着手再设计一个方案，看可行性如何，尽可能的将各种方案的优点集中到一个方案上来。完成了本次课程设计，有种如释重负的感觉，同时也感到一点点自豪，可以用学到的知识完成一个看似平常但却包
14、含很多知识的器件，大大提高了学习电子技术的积极性。这不仅仅是个人的成功，也是我们小组的成功，大家的功劳，享受到了团队精神带来的快乐。以后的学习生活中，大家更要相互帮助、学习，集思才能广益，才能创作出好的作品。希望以后会有更多的让自己动手实践的机会来提高自己的实践能力。同时，在平时要要求自己多看书，多查阅相关资料，完备自己的知识体系，相信在以后的实践活动中会做出更好的作品。参考文献1 康华光，邹寿彬.电子技术基础-数字部分（第五版）.北京：高等教育出版，2006.12祁存荣，吴友宇.电子技术基础实验（数字电子技术部分）.武汉理工大学出版社3罗中华.数字电路与逻辑设计教程.北京：电子工业出版社，2
15、006.44刘涳.电气及自动化专业毕业设计宝典.西安：西安电子科技大学出版社，2008.35卢结成，陈力生.电子电路实验及应用课题设计.合肥：中国科学技术大学出版社，2002.36郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计.北京：高等教育出版社，1995.8附录1 元器件明细表附表1 元器件明细表元件名称代号数值单位个数计数器74LS1924数据译码器74LS484D触发器74LS742移位寄存器74LS1641555定时器5551与非门74LS001非门74LS041与门74LS082二极管LED6电容C10.01uF1C210uF1电阻R110千欧3R215千欧1R368千欧1单刀双掷开关SW-S
16、PDT1单刀单置开关SWITCH1数码管BLUE4附录2 芯片引脚图及功能表资料74LS192引脚图及功能表资料附图1 74LS192引脚图GNDP1VCC74LS19212345671615141312111089Q1Q0CPDCPUQ2Q3P2Y3MRP0附表2 74LS192功能表输入输出MRCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q11000000dcbadcba011加计数011减计数74LS04引脚图及功能表资料74LS04是带有6个非门的芯片，常用在各种功能的数字电路系统中，功能实现非转化，引脚功能图详见下图: 附图2 74LS04引脚图GND2Y3Y3A2A1Y1A6AVCC5
17、A6Y4Y4A5Y74LS041234567141312111098附表3 74LS04功能表INPUTSOUTPUTSAYHLLH74LS48引脚图及功能表资料附图3 74LS引脚图附表4 74LS48功能表DECIMAL OR FUNTIONINPUTS/OUTPUTSNOTEDCBAabcdefg0HLLLLHHHHHHHL11HLLLHHLHHLLLL2HLLHLHHHLHHLH3HLLHHHHHHHLLH4HLHLLHLHHLLHH5HLHLHHHLHHLHH6HLHHLHLLHHHHH7HLHHHHHHHLLLL8HHLLLHHHHHHHH9HHLLHHHHHLLHH110HHLH
18、LHLLLHHLH11HHLHHHLLHHLLH12HHHLLHLHLLLHH13HHHLHHHLLHLHH14HHHHLHLLLHHHH15HHHHHHLLLLLLLBILLLLLLLL2RBIHLLLLLLLLLLLLL3LTLHHHHHHHH4RDDQQCPSD附图4 74LS74引脚图1RDVCC74LS7412345671413121110981D1CP1SD1Q1QGND2SD2Q2Q2CP2D2RD74LS74引脚图及功能表资料附表5 74LS74功能表输 入输 出CPD0110100100不定不定1111011001附图5 74LS164引脚图GNDQBQDQCQABAQHVC
19、CQFQGCLKQE74LS164123456714131211109874LS164引脚图及功能表资料附表6 74LS164功能表INPUTSOUTPUTSCLOCKABQAQBQCQDQEQFQGQHLXLLLLLLLLHLQA0QB0QC0QD0QE0QF0QG0QH0HHHHQAnQBnQCnQDnQEnQFnQGnHLLQAnQBnQCnQDnQEnQFnQGnHLLQAnQBnQCnQDnQEnQFnQGn555引脚图及功能表资料工作电压范围4.5V18V（SE555）、4.5V16V（NE555/SE555C）；最大工作频率500kHZ；延迟时间可从数微秒至数小时范围内设定；M5
20、1848工作电压为4V7V，最高工作频率为1000kHZ，该电路为单列直插式8脚，管脚定义同双列直插式8引脚。同SE555、PC617、PC1555C、AN1555、M51848、M518A555、LM1555C、RC555、CA555、HA7555、NJM555、TA7555、LB85550兼容。Q24RD3NE5551GNDC0NTHDISS附图6 NE555引脚图5Vcc678TL 附表7 NE555功能表UTRUTLRDOUTVT2/3 UCC1/3 UCC1/3 UCC1/3 UCC011100不变1导通导通不变截止附图7 74LS00引脚图GND2A 2Y2B1Y1B1A4BVCC4Y4A3Y3A3B74LS00123456714131211109874LS00引脚图及功能表资料附表8 74LS00功能表INPUTSOUTPUTSABYLLHLHHHLHHHL附图8 74LS08引脚图GND2A 2Y2B1Y1B1A4BVCC4Y4A3Y3A3B74LS08123456714131211109874LS08引脚图资料附表9 74LS08功能表INPUTSOUTPUTSABYLLLLHLHLLHHH
