交通信號燈課程設(shè)計

1、<p><b>　　1．引言</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計背景</b></p><p>　　隨著世界范圍內(nèi)城市化和機動化進程的加快，城市交通越來越成為一個全球化的問題。城市交通基礎(chǔ)設(shè)施供給滯后于高速機動化增長需求，道路堵塞日趨加重，交通事故頻繁，環(huán)境污染加劇等問題普遍存在。目前，全國大中城市普遍存在著道路擁擠、車輛堵塞

2、、交通秩序混亂的現(xiàn)象，交通事故頻發(fā)，這給人民的生命財產(chǎn)安全帶來了極大的損失。如何解決城市交通問題已成為全社會關(guān)注的焦點和大眾的迫切呼聲。探究城市交通發(fā)展中存在問題的原因，無論是從宏觀上還是從微觀上分析，其根本原因在于城市交通系統(tǒng)的管理機制不適應(yīng)。</p><p>　　城市交通控制系統(tǒng)（UTC ，Urban Traffic Control System）是現(xiàn)代城市智能交通系統(tǒng)（IDJ ，Intelligent tr

3、ansport system）的組成之一，主要用于城市道路交通的控制與管理。城市平交路口實現(xiàn)交通信號控制是城市交通管理現(xiàn)代化的基本標志之一，是提高交通管理效能的重要技術(shù)手段。路口信號控制器是控制交叉路口交通信號的設(shè)備，它是交通信號控制的重要組成部分。各種交通控制方案，最終都要由路口信號控制器來實現(xiàn)。為了確保十字路口的行人和車輛順利、暢通地通過,往往采用電子控制的交通信號來進行指揮。伴隨著社會的發(fā)展以及人類生活水平的提高,汽車的數(shù)量在不斷

4、增加。</p><p>　　Multisim10是一款知名的EDA仿真軟件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows環(huán)境下，Multisim10軟件有一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析、結(jié)的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中。在搭建實際電路之前，采用Multisim10仿真軟件進行虛擬測試，可使實驗方法和實驗手段現(xiàn)代化，擴展實驗容量，使實驗內(nèi)容更完備，提高了實驗效率

5、，節(jié)省大量的實驗資源。Multisim10軟件進行設(shè)計仿真分析的基本步驟為：設(shè)計創(chuàng)建仿真電路原理圖→電路圖選項的設(shè)置→使用仿真儀器→設(shè)定仿真分析方法→啟動Multisim10仿真。</p><p>　　因此本次課設(shè)能深入了解交通信號燈的應(yīng)用原理，更好的掌握所學(xué)知識，將理論聯(lián)系實際，而且在實際操作中培養(yǎng)自己的實際動手能力，將理論應(yīng)用與實際生活中。</p><p><b>　　1.2

6、設(shè)計目的</b></p><p>　　學(xué)習(xí)了一個學(xué)期的《數(shù)字電子技術(shù)》課程，這次的課程設(shè)計主要綜合了解與運用所學(xué)的知識，通過這次課程設(shè)計來檢查這一學(xué)期的學(xué)習(xí)狀況。通過制作來了解交通燈控制系統(tǒng)，了解譯碼器、計數(shù)器、寄存器芯片的作用。</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)主要是實現(xiàn)城市交叉路口紅綠燈的控制。在現(xiàn)代化的大城市中，十字交叉路口越來越多，在每一個交叉路口都需要有一個準確的時

7、間間隔和轉(zhuǎn)換順序，這就需要一個安全、自動的系統(tǒng)對紅、黃、綠的轉(zhuǎn)化進行管理。本次的設(shè)計就是基于此目的進行的。</p><p>　　設(shè)計交通信號控制燈要求某方向綠燈點亮20秒，然后黃燈點亮4秒，最后紅燈點亮24秒。在該方向為綠燈和黃燈點亮期間，另一方向紅燈點亮。 如果以4秒作為時間計量單位，則某一方向綠、黃、紅三種指示燈點亮的時間比例為5：1：6。從點亮要求可以看出，有些輸出是并行的：如南北方向綠燈亮?xí)r，東西方向紅燈

8、亮；南北方向黃燈亮?xí)r，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向黃燈亮。信號燈采用LED紅、綠、黃發(fā)光二極管模擬。南北東西各方向黃燈亮，且每秒閃動一次。其它燈不亮。要求設(shè)置手動開關(guān)，用手動開關(guān)控制白天和夜間工作方式。</p><p>　　2系統(tǒng)總體的方案及設(shè)計要求</p><p><b>　　2.1設(shè)計題目</b></p>

9、<p>　　交通燈邏輯信號燈簡易電路設(shè)計</p><p><b>　　2.2設(shè)計要求</b></p><p><b>　　要求實現(xiàn)邏輯功能：</b></p><p>　　1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間20s。</p><p>　　2、東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮，時間4s。

10、</p><p>　　3、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間20s。</p><p>　　4、發(fā)生緊急情況可以手動控制。</p><p><b>　　2.3進度安排</b></p><p>　　1、查找常用器件的資料</p><p>　　表2-1 常用器件的資料</p><p

11、>　　2、設(shè)計仿真電路并得到仿真結(jié)果</p><p>　　3、 2012.07.06完成課程設(shè)計說明書。</p><p>　　3、簡易交通燈控制邏輯電路設(shè)計</p><p>　　3.1主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換</p><p>　　表3-1主電路狀態(tài)與指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換</p><p>　　根據(jù)表3-1可知，設(shè)計電路

12、只需要5組輸出端控制指示燈，指示燈都是以2個或4個一組。總計需要個燈。</p><p>　　3.3 輸出指示燈狀態(tài)設(shè)計（顯示電路）</p><p>　　圖3-1 顯示電路R=紅,Y=綠,G=黃.</p><p><b>　　4 主電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1 電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換</p><p

13、>　?、佟⒅麟娐穼崿F(xiàn)S1→S2→S3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，紅燈→綠燈→黃燈→紅燈</p><p>　?、凇⒘硗饪梢栽谌魏我粋€狀態(tài)進入S4，并能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。實現(xiàn)①、②可以用觸發(fā)器。</p><p>　?、?、實現(xiàn)S1＝20S，S2＝4S，S3＝20S</p><p><b>　　4.2 電路的調(diào)試</b></p><p>

14、　　1、夜晚和白天工作是通過J1，J4，J5，J6調(diào)試的。</p><p>　　圖4-1 單刀雙擲開關(guān)</p><p>　　J4 上拉 夜間工作狀態(tài)，下拉，白天工作；J5上拉 白天工作狀態(tài)；J6左拉 夜間工作狀態(tài)，右拉 白天工作狀態(tài)；J7左拉 夜間工作狀態(tài)，右拉 白天工作狀態(tài)</p><p>　　2、使用2個D觸發(fā)器，實現(xiàn)4分頻。</p><p&

15、gt;　　圖4-2 四分頻分頻器</p><p>　　3、脈沖發(fā)生器（多諧振蕩器）</p><p>　　圖4-3 555定時器組成的多諧振蕩器</p><p>　　5電路工作原理及元器件</p><p>　　5.1 74LS161N狀態(tài)裝換表</p><p>　　表5-1 74LS161N狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</p>

16、<p>　　5.2 主要芯片及功能</p><p>　　5.2.1 74LS161管腳圖及功能</p><p>　　圖5-1 74lsLS161管腳圖</p><p>　　時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3以及進位輸出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3&

17、#183;CET)</p><p>　　表5-2 74ls功能表</p><p>　　從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復(fù)位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能

18、。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制計數(shù)器。</p><p>　　5.2.2 74LS192功能表</p><p>　　表5-3 

19、; 74LS192的功能表</p><p>　　5.2.3 555定時器結(jié)構(gòu)圖及功能表</p><p>　　當uil＞(2/3)Vcc,ui2＞(1/3)Vcc時，放電晶體管VT導(dǎo)通，輸出端uo為低電平。</p><p>　　當uil＜(2/3)Vcc,ui2＞(1/3)Vcc時，電路亦保持原狀態(tài)不變。如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加 電壓（其值在0～Vcc之間

20、），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化， 進而影響電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　表5-3 555 定時器功能表</p><p>　　圖5-3 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邏輯符號</p><p>　　5.2.4 其它芯片符號</p><p>　　圖5-474132N,7400N,7474N芯片符號</p&

21、gt;<p><b>　　5.3電路元件</b></p><p>　　單刀雙擲開關(guān)，電容，電阻</p><p><b>　　數(shù)字顯示器</b></p><p>　　交通燈分為綠，黃，紅</p><p>　　圖5-5 電路元件圖</p><p><b>

22、　　5.4總仿真電路圖</b></p><p>　　圖5-6 總仿真電路圖</p><p><b>　　6仿真技巧</b></p><p>　　仿真過程中遇到了很多的問題，在遇到問題后根據(jù)除出現(xiàn)的情況按照邏輯表進行調(diào)整。使用Multisim 的一些技術(shù)或仿真中的事項標記如下：</p><p><b>

23、;　　1、單刀雙擲開關(guān)：</b></p><p>　　2、Multisim 中有紅綠黃三種顏色的燈，紅綠燈需要紅綠黃三色。</p><p>　　3、接線問題：開關(guān)的上下接入電路要認識它的原理及功用。</p><p>　　當且僅當元件、結(jié)點不移動的情況下，連線不移動，新接連線會自動調(diào)整可用鼠標移動到線上拖動，若線上出現(xiàn)小方框，說明線太密，不能移動。<

24、/p><p>　　4、元器件的找尋可以按類別查找。</p><p>　　5、不要長時間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關(guān)的情況下進行注意數(shù)字地與模擬地的差別，使用標準符號LED數(shù)碼管的極性分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試。</p><p><b>　　7結(jié)論與心得</b></p><p>　　一

25、周的實習(xí)就是將從課本上的知識應(yīng)用于實踐中，數(shù)字電路設(shè)計就是很好的實踐。在簡易交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計中，充分的體現(xiàn)了動手能力和對課本知識的掌握程度，以及一些方法。分析問題解決問題的。這其中遇到了很多問題，如：如何設(shè)計單脈沖的產(chǎn)生電路，通過查閱課本及相關(guān)資料，選用了RS觸發(fā)器。實習(xí)中更是將各個芯片的功能狀態(tài)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了一遍，熟練的用它們實現(xiàn)所需的功能。這次課程設(shè)計讓我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，還要把所學(xué)的理論知

26、識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到的問題，可以說是困難重重，這畢竟第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。不過在所遇的問題處理過程中有成功也有失敗，但這卻實加強了自己的動手能力，最終我還是體會到了成功的喜悅。</p><p>　　8.Multisim10簡介&l

27、t;/p><p><b>　　8.1軟件概述</b></p><p>　　Multisim 10是一款知名的EDA仿真軟件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows環(huán)境下，Multisim 10軟件有一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析、結(jié)的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中。在搭建實際電路之前，采用Multisim 10仿真

28、軟件進行虛擬測試，可使實驗方法和實驗手段現(xiàn)代化，擴展實驗容量，使實驗內(nèi)容更完備，提高了實驗效率，節(jié)省大量的實驗資源。Multisim 10軟件進行設(shè)計仿真分析的基本步驟為：設(shè)計創(chuàng)建仿真電路原理圖→電路圖選項的設(shè)置→使用仿真儀器→設(shè)定仿真分析方法→啟動Multisim 10仿真。</p><p><b>　　8.2界面</b></p><p>　　8.3元器件庫的操作&

29、lt;/p><p><b>　　取用元件：</b></p><p>　　從元器件庫中取用所需元件；</p><p><b>　　擺放元件：</b></p><p>　　調(diào)整元件的位置與方向；</p><p><b>　　線路連接：</b></p>

30、<p><b>　　連接元件的引腳。</b></p><p><b>　　儀表庫操作</b></p><p><b>　　圖8-1 界面</b></p><p>　　8.3元器件庫的操作</p><p><b>　　取用元件：</b><

31、/p><p>　　從元器件庫中取用所需元件；</p><p><b>　　擺放元件：</b></p><p>　　調(diào)整元件的位置與方向；</p><p><b>　　線路連接：</b></p><p><b>　　連接元件的引腳。</b></p>

32、<p><b>　　儀表庫操作</b></p><p><b>　　圖8-2 元器件庫</b></p><p><b>　　8.4注意事項</b></p><p>　　不要長時間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機</p><p>　　刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開

33、仿真開關(guān)的情況下進行</p><p>　　注意數(shù)字地與模擬地的差別，使用標準符號</p><p>　　LED數(shù)碼管的極性，分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].王鴻明，段玉生.《電工與電子技術(shù)》.高等教育出版社，2009.12</p><p

34、>　　[3] 閻石主編．數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）．北京：高等教育出版社，2009</p><p>　　[3].吳俊芹.《電子技術(shù)實訓(xùn)與課程設(shè)計》.機械工業(yè)出版社，2009.4</p><p>　　[4] 付家才．電子工程實踐技術(shù)．北京：北京工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[5] 畢滿清．電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，2001<

35、/p><p>　　[4] 丁潤濤主編．電子工程手冊．北京：機械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[5] 唐贛主編．Multisim 10&Ultiboard 10原理圖仿真與PCB設(shè)計．北京：電子工業(yè)工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[6] 郭鎖利主編．基于Multisim 9的電子系統(tǒng)設(shè)計、仿真與綜合應(yīng)用．北京：人民郵電出版社，2008<