课程设计交通信号灯
课程设计交通信号灯
课程设计说明书（2012 /2013 学年第 2 学期）
课程名称：
题目：交通信号灯
专业班级：电气一班
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数：两周
设计成绩：
2013年7 月3 日
1、课程设计目的 (3)
2、课程设计软件部分 (3)
2.1 设计内容及要求 (3)
2.1.1课程设计内容 (3)
2.1.2 课程设计要求 (4)
2.2 系统分析 (4)
2.3 系统设
计 (4)
3、课程设计硬件部分 (5)
3.1方案设计 (5)
3.2单元电路设计 (5)
3.2.1 秒脉冲发生器 (5)
3.2.2 计数电路的设计 (6)
3.2.3 控制电路的设计 (7)
3.2.4显示电路的设
计 (7)
3.2.5数码管显示的设计 (8)
3.2.6设计总原理图 (9)
3.3系统调试 (10)
4、课程设计总结 (10)
5、参考文献 (11)
1、课程设计目的
在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路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；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。
2、课程设计软件部分
2.1设计内容及要求
2.1.1课程设计内容
A 满足顺序工作流程：南北绿灯亮、
东西红灯亮，占20S，南北黄灯亮、东西红灯亮，占4S，南北红灯亮、东西绿灯亮，占20S，南北红灯亮、东西黄灯亮，占4S。
B 他们的工作方式，有些必须是并行进行的。南北绿，东西红。南北黄，东西红。南北红，东西绿。南北红，东西黄。
C 十字路口要有数字显示，作为事件提示，一边人们直接的把握事件。
D 可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
E 满足两个方向的工作时序：既东西方向亮红灯事件应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
F 倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机。
G 信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求
2.1.2 课程设计要求
A 单电源5V 供电
B 南北、东西干道轮流通行由LED显示，计时又数码管控制
C 实现功能所用的器件的成本低，数量少为最佳
D 设计电路要优化设计，其中包括原理图和PCB图设计
E PCB板才用单面板，尺寸为10*15CM
2.2系统分析
交通信号灯分别控制两交叉道路之
间车辆行驶的时间，需要具有倒计
时的功能，并且当时间读秒结束后
需要重新开始倒计时，此时红绿黄
灯需要与之对应转换。当这二者同
时开始工作时，交通信号灯才能达
到真正的目的。
(1)南北道绿灯亮，东西道红灯亮。
东西道禁止通行，绿灯亮足规定的
时间间隔20s时，转到下一个工作
状态。
（2）南北道黄灯亮，东西道红灯亮。
东西道禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔4s时，转到下一个工作状态。
（3）南北道红灯亮，东西道黄灯亮。
南北道禁止通行，东西道的黄灯亮足规定时间间隔4s时转到下一个状态。
（4）南北道红灯亮，东西道绿灯亮。
南北道禁止通行，东西道上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔20s时，电路有转到第一种工作状态。
交通灯的以上四种状态是由控制器的移位寄存器74LS164芯片和一些门电路来进行控制的，具体介绍见后续控制器功能说明。
2.3系统设计
交通信号灯主要由控制器、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。
秒脉冲发生器提供信号源发送给计时器与控制器，又信号源通过可逆计数器传达到译码器，之后由数码管显示出数字，从而实现倒计时功能。秒脉冲发生器的另一组信号源通过反相器、位移寄存器、双D 触发器、与门连接到达发光二极管，显示出红黄绿三种灯的变换过程。三种灯的真值表如表1所示
表1
3.系统设计硬件部分
3.1系统方案设计
如图1所示
图1
3.2单
元电路设
计
3.2.1
秒脉冲发生
器
以
555定时器
接外接电
路形
成多谢振荡器，发出频率为1Hz 的脉冲
信号，用作计数器及D 触发器的clk
信号。555定时器引脚图如图2所示，
脉冲频率公式：
f=1.43／
（R1+2R2）C
要使f=1Hz，可选择R1=55K，
R2=47K，C=10μF，形成电路图如
图3所示。
图 2 图3
3.2.2计数电路的设计
用74ls163为计数器，74ls163为四
位的二进制加法计数器。要产生24
秒的清零信号TL及4秒的清零信号
TY，需将输出分别接成24及4的输
出，由控制电路产生并选择清零信
号ST。74ls163引脚图如图4所示，
计数电路如图5所示。
图 4 图5
3.2.3控制电路的设计
用一个双数据选择器74l s153
对T L及T Y信号进行选择，输
出控制清零信号S T；另一个
74l s153与一个双D触发器
74l s74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。74l s153、74l s74引脚
图如图5、6所示。
图6
图5
3.2.4显示电路的设计
显示电路由6个发光二极管与一个
与2门芯片74LS08构成形成红绿黄
灯之间的转换，
显示电路如图7所示
图7
3.2.5数码管显示的设计
数码管倒计时是由74LS163给出的信
号，经过CD4543后在数码管上产生
数字，从而达到计数的目的CD4543的引脚图、数码管的电路图如图8、图
9所示
图8
图9
3.2.6设计总原理图
3.3 系统调试
系统调试主要用到烙铁、万用表、工具刀等工具。
A、用砂纸打磨板子，将图纸完全包裹
住板子，图纸印到板子上后，检查板子上有没有印错的地方，用工具刀将
其割开。
B、检查完印好的板子后开始腐蚀板子，腐蚀板子时摇晃腐蚀液，充分与板子接触进行腐蚀，腐蚀完成后在检查板子看看有没有什么错的地方。
C、腐蚀完成后，继续进行打孔工作，用机器进行手工打孔，对准焊盘中心打孔，注意不要将孔打偏，以免在今后工作中插入芯片时不方便，孔打偏可能造成焊盘损坏，导致无法焊接。
D、打完孔后将之前印在板子上的墨汁用砂纸去污粉清除，清除墨汁时候砂纸打磨不应太过用力，以免砂纸将铜线打磨断。
E、清除完墨汁用用万用表在板子上进行检查，检查相邻两个孔之间是否存在短路，作出记号，用短接线相连。
F、在印有铜线上的一面刷上松香水，均匀刷在板子上，等松香水完全干燥，刷松香水可能会将之前打过的孔堵住，用镊子或者锥子将孔通开。
G、将做好的板子上插上芯片，各种原
件，进行焊接，焊接过程要小心，板
子焊盘之间间隔小，容易发生连焊，
插装芯片原件时候注意正负极性，以
及芯片引脚位置
H、板子焊完过后，通入5V电源，检
验板子是否能正常工作，如果不能进
行正常工作，及时检查各原件插装是
否正确，芯片是否在焊接时候损害，
用万用表检查是否出现短路。
4.课程设计总结或结论
本次课程设计主要锻炼了我们自己实际操作的能力，让我们走出了书本上的理论，从实践中进一步的了解到理论内容。本次课程设计，遇到了几个难点，第一个就是用电脑画原理图,PCB板图。连线出错、引脚画法出错、对芯片不够了解出错。最记忆犹新的就是画原理图，对芯片不够了解在画图时候少画了VCC和GND的引脚，之后同学看过之后和我提出这个问题，自己开始修改不过还好的是这个问题很容易解决，看着自己图片画完之后，沾沾自喜，结果第二个问题出现了，这些器
件中没有单独出来的与门，与非门，还有三输入与门的电路原件，所以那些画出来的与门，与非门，三输入与门，全部要换成芯片，换成芯片后自然图又要改，又开始改图的连线，等改完之后，开始进行封装，封装时候又出现了一个问题，也是芯片上的问题，当初画芯片引脚时候是看着什么简单就怎么来，没有按照给出的芯片引脚图来画，所以除了NE555 74LS04 74LS08以外，其他全部要改，又从新改了一遍引脚数据，改完之后连线上自然也就又出现问题，开始对连线修改，最后才化成最终的原理图，前后折腾了4天，周一才把图交上去，这次原理图让我学到了很多东西，也懂得了很多东西，对于元器件的功能，作用，用法，画法都学到了很多新知识。画图时候一些小的错误，反反复复几次之后才化成最后的原理图，对芯片进行封装，制成PCB版图。原理图，PCB 版图出来之后进行板子制作过程，期间也出现了很多问题，印板子时候有的墨汁溅到其他线路上，用工具刀将其割开，芯片
上有一个焊盘与其他连接线接到一起也是割开，刷完松香开始焊板子，一个芯片错位，焊在板子上之后才检查出问题，幸好有老师帮忙才能把芯片从板子上取下来。拆下来的芯片在焊上去的时候因为焊盘的孔被锡堵住了，插上焊完后有一个引脚没插进去，又将芯片取出重新焊上去。调试的时候第一次出现短路之后检查出NE555接反了，将NE555取出之后重新焊到板子上在进行检测，不过很顺利，在调试完之后第二次直接就成功了。
这次课程设计让我大致掌握了555谐振电路脉冲产生、十进制计数器、数据选择器、D触发器、编码器、多输入与门、多非门、多与门芯片的原理及具体组合应用。
总结下来，觉得最能学东西的是在找错误的过程中，通过电路接电源后的现象查出其中出错的原因并加以改正，不懂的就跟其他人一起商讨，特别是当自己一手画图、作图、印板、腐蚀、打孔、洗墨、刷松香水、插装芯片，焊好之后电路成功那