智能交通灯控制器的设计方案报告.docx

电子技术 课程设计说明书

题目：7 智能交通灯控制器设计（A）

学生姓名： 张鲜艳
学 号： 06070407
院 （系）： 电气和信息工程学院
专 业： 自动化
指导老师： 辛登科
年 12 月 4日
目 录
1 选题背景 1
1.1指导思想 1
1.2 方案论证 1
1.3基础设计任务 1
1.4发挥设计任务 2
1.5电路特点 2
2 电路设计 2
2.1 总体方框图 2
2.2 工作原理 2
3 各关键电路及部件工作原理 3
3.1 555组成多谐振荡器 3
3.2 74LS08 74LS32 74LS04 简明说明 3
3.3 CD4511 简明说明 4
4 74HC190 简明说明 5
5 元器件清单 6
6 调试过程及测试数据（或仿真结果） 6
6.1 通电前检验 6
6.2 通电检验 6
6.2.1 计数显示单元调试 6
6.2.2 发光二极管调试 6
6.2.3 NE555单元电路调试 6
6.2.4 74HC32或门调试 7
6.2.5 74HC04非门调试 7
6.2.6 74HC08和门调试 7
6.2.7 控制器7490调试 7
6.3 结果分析 7
7 小结 8
8 设计体会及以后改善意见 8
8.1 体会 8
8.2 本方案特点及存在问题 8
8.3 改善意见 8
参 考 文 献 9

1：选题背景
在很多城市主支干道处，传统交通信号灯已不能满足要求，设计一个智能交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮严禁通行，绿灯亮就许可通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中车辆有时间停在禁行线以外），若检测装置检测到支干道一定范围内没有车辆，则主干道一只许可通行，不然主支干道红绿灯交替运行。
1.1简述本设计指导思想
秒信号发生器产生整个定时系统时基脉冲，经过减法计数器对秒脉冲减计数，达成控制每一个工作状态连续时间。减法计数器借位脉冲使状态控制器完成状态转换用以控制红绿灯状态，同时给计数器置初始值。
1.2:方案论证
方案一：用NE555定时器设计一个周期为1s多谐振荡器，输出接到16进制计数器CLK，0-8状态对应45秒，9状态对应5秒 ，A-E状态对应25秒，F状态对应5秒。
方案二：用NE555定时器设计一个周期为1s多谐振荡器，并用单时钟同时十进制加\减计数器74LS190设计45s、25s、5s倒计时。因为主支干道灯亮情况有4种，能够用同时十进制加法计数器74LS160输出来设计，同时将其输出信号给3线-8线译码器74LS138输入端，主支干道灯经过一定逻辑关系接到三色灯上。
选择方案：方案一用16进制计数器输出端控制信号灯状态转换，即使这种方案简单可靠，可是这种方案不能直观显示目前数字；即使方案二电路复杂，连线多，给焊接和电路检验带来一定难度，但其能够很正确现实数字。所以选择方案二。
1．3 基础设计任务
（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。
（2）让主干道处于常许可通行状态，支干道有车来时才许可通行。可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来信号。
（3）主支干道交替许可通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。
（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮过程中，要亮5秒钟黄灯作为过渡。
（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。
1．4 发挥设计任务
（1）能够用红外线传感器检测在主干道绿灯倒计时为1s时支干道上是否有车来
（2）在三色灯地方用LED显示部分祝福语或警示语。
1．5电路特点
交通信号控制系统用中小规模集成电路设计，接线较为复杂
2 电路设计
2.1 总体方框图
主干道
支干道
状态译码器74LS138
秒脉冲发生器NE555
状态控制器74LS160
译码，显示CD4511
减法计数器74LS190
置数控制

图2-1 总体方框图
2.2 工作原理
将NE555S输出秒脉冲直接接到个位10进制计数器CLK，用两片10进制计数器级联后就接到状态控制器，控制器产生信号经简单门电路来控制红绿灯状态，当状态需要跳转时减法计数器产生借位脉冲触发状态控制器以改变输出状态，同时借位脉冲信号接到计数器置数端，进入下一个状态，依次循环，若支干道没有车辆通行时直接将计数器输出清零即可，有车时清零信号无效。
3 各关键电路及部件工作原理
3.1 555单稳态触发电路

图3-1NE555单稳态触发电路
图所表示，由555定时器和外接元件R1，R2，C组成多谐振荡器。电容C在（1/3）Ucc和（2/3）Ucc之间充电和放电，波形以下图：
输出信号时间参数是：T=Tw1+Tw2，
Tw1=(R1+R2)Cln2,
Tw2=R2Cln2
振荡频率： f=1/T
占空比： q=Tw1/(Tw1Tw2)=(R1+R2/R1+2*R2)
此次使用是1HZ秒脉冲，故选择R1=72KΩ，
R2=4.7KΩ，选择电容分别为10μF电解电容和10nF陶瓷电容。周期：
T=[1000*（72+2*4.7）*10*0.69]/10uf≈1s
3.2 74LS08、74LS32、74LS04简明说明
74LS08双输入四和门，管脚图如附图：

真值表：

74LS32双输入四或门，管脚图如附图

74ls32真值表
A     B     0
0     0     0
0     1     1
1     0     1
1      1      1
74LS04非门，管脚图如附图

真值表：

3.3 CD4511简明说明
该设计中选择是七段数码管图3-2所表示，为共阴极，用CD4511译码驱动器进行驱动，当电路正常工作时，数码管上会根据设计要求显示路灯连续工作时间和工作次数。

3-2 半导体数码管
计数器用来产生十进制计数，其输出信号加在译码器输入端，经译码后可在输出端产生所需控制信号。本电路中译码驱动器采取CD4511。CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器 BCD 码—七段码译码器，特点以下：4 ^0 b0 S, T0 j/ [7 i含有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功效CMOS电路能提供较大拉电流，可直接驱动LED显示器。CD4511内部有上拉电阻，在输入端和数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
" Q9' h- |" {0 T# c其功效介绍以下：
2 Z9 r( H4 u% ]     BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态怎样，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
. ~& R/ A3 y! ~     LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态怎样，七段均发亮，显示“8”。它关键用来检测数码管是否损坏。
 LE：锁定控制端，当LE=0时，许可译码输出。 LE=1时译码器是锁A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
: s7 M# B8 e$ `$ B     a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。
    CD4511含有锁存、译码、消隐功效，通常以反相器作输出级，通常见以驱动LED。各引脚名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示是VDD、VSS。
CD4511引脚图以下：
CD4511功效图以下：
输 入
输 出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0

0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁 存
锁存
4 74HC190 简明说明

图3-2 74HC190各引脚

图3-3 74HC190功效

5 元器件清单
所需器材
器件名称（N为民用）
备注
数量
数码管
七段共阴极数码管
2
74LS160N
同时十进制可逆计数器
2
CD4511
译码器
2
74LS90
单时钟同时十进制加\减计数器
1
74LS138
3线-8线译码器
1
74LS04N
非门
1
74LS08N
双输入和门
2
74LS32
双输入或门

NE555
八脚时基集成电路
1
电阻
50KΩ
1
4.7 KΩ
1
22kΩ
1
430Ω
6
220Ω
15
电容
103(10nF陶瓷电容)
1
10μF（电解电容）
1
开关
单刀双掷
1
LED发光二级管
黄、绿、红
6
铜座

4
其它
铜柱，导线
若干

表格5-1（在表上面，5号字体）
（表）居中字体5号
6 调试过程及测试数据（或仿真结果）
为使电路便于调试我们采取分块调试方法。
6.1 通电前检验
电路安装完成后，经检验电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。
6.2 通电检验
6.2.1按钮开关检验
首先将按钮开关和其它电路模块断开，只留按钮开关部分。其次，电路两端接5伏直流电压。理论上对于……
6.2.2 CD45111模块调试
将CD4511模块和按钮开关之间电路连接起来，……….
6.2.3 NE555单元电路调试
断开其它单元，将3脚接到示波器一端，示波器另一端接地，看输出波形及周期。
6.2.4 74LS04非门调试
6.2.5 74LS32非门调试
6.2.7发光二极管调试
未接电源时，万用表打到电阻档上，红表笔接发光二极管一端，黑表笔接另一端，看其阻值，值为无穷大即“1”说明发光二极管正负接反了，有有限阻值说明红表笔对应为发光二极管正极。
6.3 结果分析
当按钮在主干道绿灯亮到1S时按下，交通灯指示不变，在下一次主干道绿灯亮到1S时不按下按钮，支干道绿灯亮，实物效果正确。
7 小结：
课设顺利结束，基础设计任务能够完成，但还是有一点小问题需要改善，在这个过程中自己收获颇多，谢谢老师、同学帮忙。
8 设计体会及以后改善意见
8.1 体会
这次课程设计我学到了很多，不管学习、交际、生活全部受益匪浅。首先是学习方面：大二时学数电，那时候感觉自己掌握还不错，各芯片引脚功效及怎样和其它芯片配合使用从而达成一定效果，纸上谈兵终觉浅啊，在课设 设计电路时，开始自认为脑子里思绪很清楚，交通灯功效能够实现，殊不知自己差好远，一个人力量很微小，想法也是有限，思绪不开阔，发觉相互交流才是学习、进步之根本。在调试时候碰到很多问题，比如74LS138在仿真是3脚能够不接地，不过在实物中假如3脚不接地发光二极管就没有改变；74LS190俩11脚要接到74LS1602脚，这么计数器才会正常工作……最关键是我养成了一个习惯：遇事不慌，发觉问题所在处，用所学知识思索什么样错误会发生这么效果，找出问题深入处理问题。其次是交际方面：自己是个易害羞女生，不善于和人交流，喜爱独处，经课设后，自己进步不少，同专业同学认识了很多，而且和她们相处不错，其实好多东西全部是从她们那里学习来，很感谢老师和同学帮助。最终在说说生活：在做课设期间自己过很充实，即使几乎天天全部是没有时间晚饭、11点离开试验室，还要抓紧时间学习专业基础知识课程，但心里很扎实， 给自己一份信心，对自己说一句“加油，坚持！”成功会给你一个大大拥抱。谢谢老师、同学，还有自己。
8.2 本方案特点及存在问题
开始计数时，数字之间改变不到1S，如45S到44S时间不够。
8.3 改善意见
加一个控制开关，在上电不计数，只此开关按下才开始计数；能够加部分按键自由调整主支通行时间。