十字路口信號燈控制系統(tǒng)的設計

十字路口信號燈控制系統(tǒng)的設計,十字路口,信號燈,控制系統(tǒng),設計 摘 要 交通在人們的日常生活中占有重要的地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件來設計交通燈控制器，系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展性強。本設計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示以及倒計時時間。軟件上采用Keil編程，主要編寫了主程序，BCD數(shù)碼管顯示程序，中斷程序延時程序等。經過整機調試，實現(xiàn)了對十字路口交通燈的模擬 關鍵詞：交通燈；AT89C51單片機；多功能控制；仿真 I 目錄 1、 緒 論………………………………………………………… 1、引言…………………………………………….................. 2、選題背景及研究的目的與意義………………………… 3、研究內容…...………………………………………………. 4、國內外現(xiàn)狀……………………………………………... 二、紅綠燈的組成……………………………………………........ 三、單片機電路設計…………………………………………….... 1、秒脈沖發(fā)生器…………………………………………….. 2、定時器………………………………………………….….. 3、控制器…...……………………………………………….. 4、譯碼器……………………………………………...…….. 5.交通信號燈………………………………………………... 6.整個十字路口信號燈的控制系統(tǒng)布局…………………… 7.遇到救護車自動讓道設計………………………………… 四、電路設計........................................................................... 1、原理圖繪制.......................................................................... 2、PCB圖排線......................................................................... 五、焊接技術.................................................................................... 六、模擬電路效果................................................................ 七、電路所需元器件................................................................................ 八、體會總結.................................................................................... 九、鳴謝............................................................................................ 十、參考文獻.................................................................................... 第1章 緒 論 1.1引言 隨著社會的發(fā)展和進步，道路，道路建設越來越多的車輛經常跟不上城市的發(fā)展，城市交通的速度，因此日益突出，頻繁擁堵在路口等交通繁忙的地方，造成交通混亂。為了解決汽車和道路之間的矛盾，常用方法有兩種：一是控制需求，最直接的方法是限制的增加的車輛;二是增加供應，這是道路。但是這兩種方法都有其局限性。中國汽車業(yè)正處于起步階段，一個好辦法來限制車輛的增加是不是答案。采取增加供給，即大量的道路，資源，環(huán)境的矛盾日益突出的今天，有限的財政資源和壓力源和環(huán)境，它也將受到限制。 由于中國的經濟造成了汽車，中型城市在城市交通的人數(shù)激增的迅速發(fā)展，正面臨著嚴峻的考驗，造成日益嚴重的交通問題，主要表現(xiàn)為：在交通事故頻發(fā)人的生命安全造成極大威脅;嚴重的交通擁堵，從而提高行駛時間，增加能量消耗;空氣污染和噪音污染深化等。每天堵車成了家常便飯，但不得不忍受在這方面的問題，與城市道路交通的實際情況，智能燈光真的適合我們自己的控制系統(tǒng)的特點已成為發(fā)展的主要任務。隨著電子技術的發(fā)展，采用單片機技術，能夠智能地管理交通信號燈，它已成為目前廣泛使用的方法。 這需要依靠除了其他方法來限制??需求，并提供道路設施比，以滿足日益增長的交通需求。單向交通系統(tǒng)是解決這一矛盾。 1.2 選題背景及研究的目的與意義 1.2.1 選題背景 近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷深化，同時也帶動了日新月異的更新傳統(tǒng)的控制。在自動控制微型計算機應用系統(tǒng)的，微控制器通常被用作芯組分，單片機只有知識是不夠的，它應根據(jù)具體的硬件配置相結合，并且該對象的軟件應用程序的特定特征，是完美。 十字路口車輛穿梭，行人熙熙攘攘，車庫車道，人行道的人，有條不紊。怎樣才能達到這個有序的秩序呢？依托自動交通信號控制系統(tǒng)。在許多方面的交通信號控制。該系統(tǒng)采用設計交通燈控制器MSC-51系列單片機AT89C51，通過P0口的單芯片組紅實現(xiàn)了一個中央設備，時間點燃綠色環(huán)保功能;直接顯示時刻輸出通過單片機P1口，系統(tǒng)可用性強，操作簡單，擴展性強。 隨著電子技術的發(fā)展，電子設計方法也不斷增多，嵌入式系統(tǒng)和仿真平臺的虛擬變形發(fā)展是一個可能的數(shù)字電路，模擬電路，微控制系統(tǒng)仿真和設計特點，例如PCB EDA軟件。的軟，硬，在設計和調試電路進行了對環(huán)境的計算機模擬。 基于由Proteus軟件開發(fā)這樣的設計理念，你可以設計原理圖設計階段，以驗證電路的設計，你可以改變整個電路優(yōu)化的原始參數(shù)。 今天，安裝在每個交叉，緩解車輛交通的交通信號燈已成為最常見和最有效的手段。但是，這種技術已經出現(xiàn)在19世紀。 1858年，在倫敦的主要街道安裝作為光源，以天然氣為燃料的紅色，藍色和白色燈指揮交通運輸機械扳手式。這是世界上第一個紅綠燈。 1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦的國會大廈廣場威斯敏斯特區(qū)的世界第一氣燈安裝前。它由紅色和綠色的旋轉方形玻璃燈籠組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，隨后被取消。 電驅動的交通信號燈在美國，這種紅綠燈的紅色，綠色和黃色的圓形發(fā)射器組成，開始于1914年，安裝在塔在紐約市第五大道。紅燈表示“停止”，綠燈亮表示“通行證”。 在1918年，它已經出現(xiàn)了交通燈和紅外線燈的控制。交通燈控制，一個是安裝壓力檢測器在地下，車輛接近紅燈就會變成綠色;另一種是用擴音器來啟動通過點擊紅綠燈，紅燈喇叭機會司，會給紅到綠。紅外燈時的路到壓敏對行人的腳，它可以檢測任何過馬路。紅外光束可亮紅色的時間過長，釋放延遲車，以免發(fā)生交通事故。 燈的出現(xiàn)，使流量能夠得到有效控制，疏導交通，提高道路通行能力，減少交通事故有顯著的效果。 1968年，對各種信號的含義聯(lián)合國“道路交通信號和道路標志的協(xié)議”作出了規(guī)定。交通信號為綠色，面青車輛可以直行，左，右轉，除非另一個標志禁止特定的轉變。左和右轉車輛必須依法允許的交集內的車輛通過人行橫道和行人優(yōu)先通行旅行。紅色是禁行信號，面對紅色車輛必須停在路口后停止線，黃色是警告信號，面對黃色車不能越過停車線，但車輛是非常接近停止線，而不是安全的停車場時，進入交叉路口。 1.2.2 研究的目的與意義 目的：交通是經濟活動在城市，城市經濟發(fā)展的命脈，提高人民生活水平發(fā)揮了非常重要的作用。汽車現(xiàn)在已經成為交通運輸?shù)娜粘１夭豢缮俚氖侄巍Ｆ噹淼谋憷?，但同時也帶來了一系列令人困惑的問題，如環(huán)境污染，交通擁堵，交通事故頻繁發(fā)生，給人民群眾生命和財產是一大損失。城市交通問題困擾的城市，在全市經濟發(fā)展的制約因素的一個重要因素，人們對交通有效控制和更為激烈。 城市交通信號控制是通過交通管制，預警和歸納，以實現(xiàn)人員和貨物運輸提高安全，提高運輸效率。我們的目標是改善交通流量，更好地利用現(xiàn)有的運輸能力，提高安全性，效率和舒適性的交通流量。 的城市路網在路口，城市交通控制組成的基本單元為一個單路口控制和多交叉口協(xié)調控制，而不是前者比后者效果更好的控制，他們每個人都有自己的適用范圍。實施線，面控制方案單路口的負擔。 城建資金，并協(xié)調控制的不足是普遍投資較大，這限制了它們的使用。因此，城市絕大多數(shù)使用的是單路口交叉口控制。如何給一個路口監(jiān)控一些新的策略，使之有效地大量交叉點進行控制，以最大限度地發(fā)揮其能力和安全性，為當前城市交通有著非常現(xiàn)實的意義，也為協(xié)調控制研究提供幫助。 意義：在設置紅綠燈的十字路口能有效清除流量，并為交通參與者的安全的有力保障。但是，隨著社會，經濟的快速發(fā)展，原有的交通燈控制系統(tǒng)已經無法立即滿足日益增長的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，以適應當前的交通狀況，成為研究課題。 傳統(tǒng)的十字路口交通燈，通常的做法是：經過調查提前流量，采用統(tǒng)計方法將推遲紅綠燈設置提前兩個方向。然而，事實上，改變交通流往往是不確定的，有的甚至可以穿越在不同的時間有很大的區(qū)別。 即使經過長期來看，更適用的程序將依然出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：綠色的方向幾乎沒有車輛，而方向是一個漫長的排隊等候紅燈通過。這種流動的變化是無法建立的幾率的精確模型，統(tǒng)計方法已不能滿足交通狀況的快速發(fā)展。更為現(xiàn)實的，我們需要的是有一個辦法按照紅綠燈的交通自適應控制，以改變這種狀況。 大部分城市的控制路口紅綠燈常用轉換固定的時間間隔控制方法。由于在車輛的不同時期交通路口是一個復雜的，隨機的，不確定的，控制在固定的時間，往往造成有效利用道路是浪費時間的方法，還有徒勞的等待現(xiàn)象，影響道路暢通的，但也行成擁塞現(xiàn)象。不要依賴于利用模糊控制設計交通燈控制器的數(shù)學模型，可以解決這個問題。為了確保交通控制，可靠，穩(wěn)定，選擇了設備在惡劣的電磁干擾環(huán)境下工作是必要的。 8051交通燈控制系統(tǒng)集成自動控制技術，計量技術，新傳感器技術，計算機管理技術于一體的機電一體化產品;充分利用計算機技術對生產過程的集中監(jiān)視，控制和管理，分散控制;充分吸收了分散控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化，模塊化，系統(tǒng)化設計，配置靈活，易于配置。 1.3 研究內容 本設計需研究的內容為：單片機交通燈機系統(tǒng)的發(fā)展狀況；單片機交通燈機控制系統(tǒng)的結構及組成，即選擇系統(tǒng)設計的基本方案與硬件及軟件等方面的設計。在硬件方面，需研究整體硬件框圖以及各種器件的選型及連接方法；在軟件方面，要明確主程序及各個主要部分的流程以及相應的程序控制清單。 1.4 單片機交通燈的國內外的研究現(xiàn)狀及存在問題 今天，安裝在每個交叉，緩解車輛交通的交通信號燈已成為最常見和最有效的手段。但是，這種技術已經出現(xiàn)在19世紀。 燈的出現(xiàn)，使流量能夠得到有效控制，疏導交通，提高道路通行能力，減少交通事故有顯著的效果。 1968年，對各種信號的含義聯(lián)合國“道路交通信號和道路標志的協(xié)議”作出了規(guī)定。交通信號為綠色，面青車輛可以直行，左，右轉，除非另一個標志禁止特定的轉變。左和右轉車輛必須依法允許的交集內的車輛通過人行橫道和行人優(yōu)先通行旅行。紅色是禁行信號，面對紅色車輛必須停在路口后停止線，黃色是警告信號，面對黃色車不能越過停車線，但車輛是非常接近停止線，而不是安全的停車場時，進入交叉路口。 在中國，受客觀條件的制約，ITS起步較晚，20世紀90年代初，中國的相關學者開始意識到ITS的研究和發(fā)展的重要性。到了90年代中期，由于國外ITS的研究和發(fā)展的影響，政府已經開始關注其研究，那么，有中央部門和一些地方政府的支持。 1999年，在全國建立了全國智能交通系統(tǒng)（ITS），并協(xié)調辦公室指導小組，同年，并成立了全國智能交通系統(tǒng)（ITS）專家咨詢委員會，其中，同濟大學，清華大學，北方交通大學，航空航天專家大學，吉林大學，東南大學等高校咨詢委員會的北京大學，并啟動了國家“九五”科技攻關課題和國家“十五”科技攻關課題。目前一些國外引進其研究的基礎上，大城市已經逐漸開始探索ITS系統(tǒng)適合本國國情的發(fā)展和設計。 電驅動的交通信號燈在美國，這種紅綠燈的紅色，綠色和黃色的圓形發(fā)射器組成，開始于1914年，安裝在塔在紐約市第五大道。紅燈表示“停止”，綠燈亮表示“通行證”。 在1918年，它已經出現(xiàn)了交通燈和紅外線燈的控制。交通燈控制，一個是安裝壓力檢測器在地下，車輛接近紅燈就會變成綠色;另一種是用擴音器來啟動通過點擊紅綠燈，紅燈喇叭機會司，會給紅到綠。紅外燈時的路到壓敏對行人的腳，它可以檢測任何過馬路。紅外光束可亮紅色的時間過長，釋放延遲車，以免發(fā)生交通事故。 英國倫敦從1868年的第一次，因為燃油蒸汽色燈信號，城市交通信號從手動到自動，交通信號，固定可變周期，從控制的控制點系統(tǒng)的控制方式去面對，從不有一個車輛檢測器車輛檢測器，歷史將近一個世紀之后。 1963年加拿大多倫多建立了利用傳感器控制信號IBM650型計算一個集中協(xié)調系統(tǒng)集。在此之后，一些美國，英國，德國，日本，澳大利亞等地區(qū)都建有數(shù)字計算機交通控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常還配備了交通控制中心組成的交通監(jiān)控系統(tǒng)。到了80年代初，世界上有一個城市的交通控制中心也有300多家，代表了交通管制的未來發(fā)展方向。 表1.1交通信號系統(tǒng)發(fā)展狀況 簡稱 時間 國別 城市 名稱 控制路口數(shù) 信號周期 檢測器 控制方式 點控 1868 英國 倫敦 燃氣色燈 單 無 無 無 1914 美國 克利夫蘭 電力色燈 單 無 無 無 1926 英國 各城市 單點定周期自動信號機 單 定 無 自動 1928 美國 各城市 感應式自動信號機 單 定 氣壓式 自動 線控 1917 美國 鹽湖城 手控干道協(xié)調系統(tǒng) 6個 定 無 人工 線控 1922 美國 休斯頓 電子計時干道協(xié)調系統(tǒng) 12個 定 無 電動 1928 美國 各城市 步進式定時干道協(xié)調系統(tǒng) 多個（線） 變 無 電動 面控 1952 美國 丹佛市 模擬計算機交通信號控制系統(tǒng) 多個（網） 變 氣壓式 計算機 在西方國家，交通控制系統(tǒng)本質上是智能交通控制系統(tǒng)，它完成了傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)，而在中國，智能交通系統(tǒng)只是處于起步階段。用于定時控制傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)交通信號燈，我們不能肯定不能滿足流量優(yōu)化的原因，實際流量的不確定性和隨機性，往往造成資源和道路交通流的浪費。智能交通控制系統(tǒng)，在任何情況下，有效地提高了主要的硬件變化的效率。 智能交通系統(tǒng)強調的是互動和信息服務，電子技術，信息技術的核心技術，通訊技術，交通工程和系統(tǒng)工程廣泛交換系統(tǒng)。 ITS智能交通系統(tǒng)是一種先進的電子技術，基本信息技術，傳感器技術和系統(tǒng)集成工程技術，地面交通管理用于改善道路基礎設施建設，以建立一個實時，準確，高效，規(guī)?；?，清一色方向的交通管理系統(tǒng)的作用。 二．紅綠燈的組成 ?交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖12、1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該 系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器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，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。 ??????TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 ??????ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。 由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 圖12、1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以不考慮)，如圖1-2所示 狀態(tài)0 支干道 綠燈亮 狀態(tài)1 支干道 黃燈亮 狀態(tài)2 主干道 綠燈亮 狀態(tài)3 主干道 黃燈亮 圖1-2 一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下： ?（1）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 ???（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 ???（3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 ???（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車 道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。 ????交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示。 控制器狀態(tài) 信號燈狀態(tài) 車道運行狀態(tài) S0（00） S1（01） S2（11） S3（10） 甲綠，乙紅 甲黃，乙紅 甲紅，乙綠 甲紅，乙黃 甲車道通行，乙車道禁止通行 甲車道緩行，乙車道禁止通行 甲車道禁止通行，乙車道通行 甲車禁止道通行，乙車道緩行 12-3 控制器工作狀態(tài)及其功能 控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下規(guī)定： ??????AG=1：甲車道綠燈亮； ??????BG=1：乙車道綠燈亮； ??????AY=1：甲車道黃燈亮； ??????BY=1：乙車道黃燈亮； ?????A R=1：甲車道紅燈亮； ??? BY=1：乙車道紅燈亮； 由此得到交通燈的ASM圖，如 圖12-2所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0 （用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所 表達的含義。 12-2．畫出交通燈控制器的ASM （Algorithmic State Machine，算法狀態(tài)機） 三．單片機電路設計 （1）秒脈沖發(fā)生器 脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器構成多諧震蕩器，震蕩頻率為： f=1.43/(R1+2R2)C 電路圖如下圖： 秒脈沖產生器 （2）定時器 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時鐘脈沖產生器提供）同步的計數(shù)器構成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。 計數(shù)器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。74LS163是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖12、3所示，其功能表如表12、2所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入端， 是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CTp、CTT是計 圖12、2 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。由兩片74LS163級聯(lián)組成的定時器電路如圖12、4所示。 74LS163的外引線排列圖 74LS163時序波形圖 表12、2 74LS163功能表 定時器電路圖 （3）控制器 ?控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表12、3所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，當控制器處于Q1n+1Q0n+1＝ 00狀態(tài)時，如果TL＝ 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1＝ 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉換信號ST。 表12、3 控制器狀態(tài)轉換表 根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸人或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程： ????根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值（Q1n、Q0n）加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號．即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖12、5所示。圖中R、C構成上電復位電路 。 圖 12、5控制器邏輯圖 (4）譯碼器 ????譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 12、4所示。 表12、4控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表 狀態(tài) AG AY AR BG BY BR 00 1??? 0 ???0 0??? 0 ???1 01 0 ???1 ???0 0?????0?????1 10 0 ???0 ???1 1?????0?????0 11 0??? 0??? 1 0?????1?????0 由秒脈沖發(fā)生器產生了周期性變化的CP脈沖，一部分送給了定時器的74LS163芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS163芯片的情況下，通過芯片74LS00將會輸出TY。T/Y/；TL。T/L/。即TY和T/Y/放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和T/L/放大的結果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將定時器輸出的TY。T/Y/；TL。T/L/分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CP脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平?？刂破髦械男盘栐谒徒o由芯片74LS00組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和100歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。 下圖為譯碼器部分的邏輯圖 (5)交通信號燈 六個發(fā)光二極管(注意二極管的極性) (6)整個十字路口信號燈的控制系統(tǒng)布局 見副表 四. PCB的制作 1. 原理圖的繪制 把副表的原理圖在Protel99中繪制出來。 2．PCB的排線 五. 焊接技術 5.1導線的焊接： 導線焊接在電子產品裝配中占有重要位置。實踐中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)故障的電子產品中，導線焊點的失效率高于印制電路板，有必要對導線的焊接工藝給予特別的重視。 1. 焊接操作姿勢與衛(wèi)生 焊劑揮發(fā)出的化學物質對人體有害的，如果操作時鼻子距烙鐵頭太近，則很容易將有害氣體吸入。一般烙頭距鼻子至少不少于30cm，通常400cm以上為宜。 電烙鐵拿法有幾種，一般在操作臺上焊接電路板時多采用握筆法。使用烙鐵要配置烙鐵架，電烙鐵使用之后要穩(wěn)妥放于烙鐵架上，注意導線等物不要碰觸烙鐵頭。 由于焊錫絲成分中，鉛占一定比例，眾所周知鉛是對人體有害的重金屬，因此操作時應戴手套或操作后洗手，避免將其食入。 2. 焊接的基本操作 (1)焊件表面處理 手工烙鐵焊接中遇到的焊件是各種各樣的電子元件和導線，除非在規(guī)模生產條件下使用“保鮮期”內的電子元件，一般情況下遇到的焊件往往都需要進行表面清理工作，去除焊接面上的銹跡、油污、灰塵等影響焊接質量的雜質。手工操作常用機械刮磨和酒精、丙酮擦洗等簡單易行的方法。 (2)預焊 預焊就是將要錫焊的元器件引線或導線的焊接部位預先用焊錫潤濕，一般也稱為鍍錫，上錫，搪錫等。稱此過程為“預焊”是準確的，因為其過程和機理都是錫焊的全過程──焊料潤濕焊件表面，靠金屬的擴散形成結合層后而使焊件表面“鍍”上一層焊錫。其實預焊并不是錫焊必不可少的步驟，但在手工焊接特別是維修，調試，研制工作中預焊可以提高產品的質量和可靠性。如圖13所示： （3）要用過量的焊劑 適量的焊劑是必不可少的，但絕不是越多越好。過量的松香不僅造成焊后焊點周圍難以清潔，而且延長了焊接時間（松圖13 元件的引腳與預焊 香溶化、揮發(fā)會帶走熱量），降低工作效率；而當加熱時間不足時又容易夾雜到焊錫中形成“夾渣”缺陷；對開關元件的焊接，過量的焊劑容易流到觸點處，造成 接觸不良。合適的焊劑量應該是僅能浸濕將要形成的焊點。對使用松香芯的焊錫絲來說，基本不需要再涂焊劑。 （4） 持烙鐵頭的清潔 因為焊接時烙鐵長期處于高溫狀態(tài)，又接觸焊劑等受熱分解的物質，其表面很容易氧化而形成一層黑色雜質，這些雜志幾乎形成隔熱層，使烙鐵頭失去加熱作用。因此要隨時在烙鐵架上蹭去雜志。用一塊濕布或濕海綿隨時擦烙鐵頭，也是常用的方法。 （5） 熱要靠焊錫橋 非流水線作業(yè)中，一次焊接的焊點是多種多樣的，我們不可能不斷換烙鐵頭。要提高烙鐵頭加熱的效率，需要形成熱量傳遞的焊錫橋。所謂焊錫橋，就是靠烙鐵上保留少量焊錫作為加熱時烙鐵頭與焊件之間傳熱的橋梁。顯然由于金屬液的導熱效率遠高于空氣，而使焊件很快被加熱到焊接溫度（如圖14）。應注意作為焊錫橋的錫保留不可過多。 圖14 焊錫橋作用 （6） 焊錫量要合適 過量的焊錫不但毫無必要地消耗了較貴的焊錫，而且增加了焊接時間，相應降低了工作速度。更為嚴重的是在高密度的電路中，過量的錫很容易造成不易覺察的短路。但是焊錫過少不能形成牢固的結合，降低焊點強度，特別是在電路板上焊導線時，焊錫不足往往造成導線脫落，如圖15所示。 （7） 元件要固定 在焊錫凝固之前不要使焊件移動或震動，特別是用鑷子夾住焊件時一定要等焊錫凝固再移去鑷子。這是因為焊錫凝固過程是結晶過程。根據(jù)結晶原理，在結晶期間受到外力（焊件移動）會改變結晶條件，導致晶體粗大，造成所謂“冷焊”。外觀現(xiàn)象是表面無光澤呈豆渣狀；焊點內部結構疏松，容易有氣隙和裂縫，造成焊點強度過低，導電性能差。因此在焊錫凝固前一定要保持焊件靜止。實際操作時可以用各種合適的方法將焊件固定，或使用可靠的夾持措施。 5.2 印制電路板的焊接 焊接印制板，除遵循錫焊要領外，以下幾點須特別注意： （1） 電烙鐵，一般應選內熱式20～35W或調溫式，烙鐵的溫度不超過300℃的為宜。烙鐵頭形狀應分局印制板焊盤大小采用鑿形或錐形，目前印制板發(fā)展趨勢是小型密集化，因此一般常用小型圓錐烙鐵頭。 （2） 加熱方法，加熱時應盡量使烙鐵頭同時接觸印制板上銅箔和元器件引線（圖七）。對較大的焊盤（直徑大于5mm）焊接時可移動烙鐵，即烙鐵繞焊盤轉動，以免長時間停留一點導致局部過熱，如圖八所示。  圖十八金屬化孔的焊接 [3] （3） 金屬化孔的焊接，兩層以上電路板的孔都要進行金屬化處理。焊接時不僅要讓焊料潤濕焊盤，而且孔內也要潤濕填充。因此金屬化孔加熱時間應長于單面板。  （4） 焊接時不要用烙鐵頭摩擦焊盤的方法增強焊料潤濕性能，而要靠表面清理和預焊。 （5）耐熱性差的元器件應使用工具輔助散熱（圖十八）。 5.1.1． 焊后處理 （1） 剪去多余引線，注意不要對焊點施加剪切力以外的其他力。 （2） 檢查印制板上所有元器件引線焊點 ，修補缺陷。 （3） 根據(jù)工藝要求選擇清洗液清洗印制板。一般情況下使用松香焊劑后印制板不用清洗。 六． 模擬電路效果 電路試調 電連接后，調試，以檢測是否該要求。 實踐表明，電子裝置，即使在電路參數(shù)進行安裝往往難以達到預期的效果。這是因為人的設計，不能全面和客觀地考慮的各種復雜的問題，它必須進行測試和安裝，以檢測和設計的正確的缺陷后調整。然后采取措施，提高設備達到預定的規(guī)格。因此，調整的技能，從事電子電路及相關電子技術人員在現(xiàn)場工作的，它不是必要的。用于調試儀器有：萬用表，示波器，信號發(fā)生器。 檢查調試前 電子設備，通常不要急于通電，養(yǎng)成這樣的習慣，它必須仔細檢查。它的檢查包括： （1）接線是否正確 通常檢查方法有兩種： 一。檢查線路的安裝按照電路圖 該方法的特征是基于一個電路圖連接的，安裝在一定的順序行上，很容易找出有錯誤。 按照實際線路控制電路原理檢查線 這是一種元素的調查方法的中心線。一旦確定，檢查電路圖每個地方每個天線元件管腳，這種方法不僅可以檢測錯線，小線，但也容易檢測多個行。 為了防止出錯，該行已簽通常應在電路圖標記制成，最好用萬用表“歐姆1”塊，或數(shù)字萬用表測“歐姆擋”蜂鳴器可以直接測量元，器件引腳，所以你可以發(fā)現(xiàn)在同一時間不好的地方。 安裝組件 檢查元件引線和接觸不良，特別是電源和接地引腳，發(fā)光二極管“+”和之間的短路“ - ”不逆轉。 調試方法和原則 供電觀察 電源通過電路的精確測量。觀察到任何不正常的現(xiàn)象，包括發(fā)熱組件的可用性，煙臭味即使短路電源等;如果這種現(xiàn)象，應立即切斷電源，最多權力，直至故障排除。 踩提出合理的修改電路參數(shù)。 事情要注意調試 是有效的，它必須被減少的測量誤差，提高了測量精度。要做到這一點，請注意以下事項： （1）的正確使用的測量儀器地面 （2）用于測量的輸入阻抗的電壓的儀器必須比在測得的等效阻抗大得多。因為，如果該測量儀器的輸入阻抗是小的，則測量分流以使在測量結果中較大的誤差。 （3）該儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點。 （4）使用相同的測量儀器，用于測量進展，不同的測量點，造成不同的樂器的內部電阻的誤差的大小。 （5）在調試過程中，不僅要仔細觀察和測量，而且還記錄。記錄的內容包括實驗條件下，所觀察到的現(xiàn)象，所測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關系。只有當我們擁有了大量的可靠的實驗記錄和為了找到這個問題的電路設計理論成果相比，提高了設計。 （6）未在調試時，要認真查找失敗的原因，絕不能失敗解決不了的問題是要拆掉重新安裝??線路的情況。因為有可能仍是問題，重新安裝線路。我們應該仔細檢查。 調試結果是正確的，在很大程度上影響測量的正確與否和準確性。 對于此交通燈，未出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調試，直接測量。 線路測試電路被接通 同上同歐姆線路通信萬用表測試各組中，在兩個引線連接到被測電路是一組啟動線的線和結束時，看到電阻為零，如果是零，則證明它是通過線;如果它是無限的，則證明是短暫的開放的中間線，將有一組的沒有檢查線路，直到找到為止。 測試后功率 （1）測試功率 用萬用表，測試輸入電壓電源的直流電壓信息，以查看是否在額定電壓（此產品為+ 5V），如果不是這樣，更換電源。 功率輸入端（2）的測試芯片 同上用萬用表直流電壓檔，接地端子和連接點的測試芯片呀的供應方，看有無芯片額定電壓（本產品采用的是芯片是+ 5V），如果沒有，則檢查是否線路連接正確。 操作說明 1、根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有個時間顯示器，6個交通信號燈。但由于芯片沒有,只有用實驗室的示波器來看秒脈沖時間。 2、打開總開關，便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，打開總開關，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮，示波器，顯示時間為25秒，然后黃燈以每一秒的速度閃亮，東西方向車道的綠燈轉換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。再過4秒后，電路又轉換成預置的25秒，東西方向車道的黃燈轉換為紅燈，人行道的紅燈轉換為綠燈；南北方向車道的紅燈轉換為綠燈，人行道的綠燈轉換為紅燈。如此循環(huán)下去。具體時間見下圖： 南北 東西 時間 （S） 綠燈 黃燈 紅燈 綠燈 黃燈 紅燈 1 0 0 0 0 0 25 0 1 0 0 0 1 4 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 交通燈校驗時間圖 七．電路所需元器件 集成電路 74LS74 1片 74LS10 1片 74LS09 1片 74LS153 2片 74LS163 3片 74LS00 1片 74LS04 1片 N555 1片 芯片座若干 電容 10μF , 0.01μF , 1μF , 0.1μF 各一支 電阻 47KΩ 兩個 1KΩ 一個 發(fā)光二極管 6 個 PCB板一塊 八．體會總結 通過這次課程設計，它加強了我的手，思考和解決問題的能力。電路原理和連接，并選擇在芯片上，但也有一些知識。鞏固數(shù)字邏輯電路理論知識，計劃一共只有八塊芯片上的163計數(shù)器，以便更好地了解和認識它與其他芯片的更換如何功能。讓DJ觸發(fā)接觸書本知識，從理論到實踐，讓我更了解它的功能。還如何使用555芯片，以產生第二脈沖計數(shù)器的工作原理。更重要的是，如何靈活的邏輯應用到實際生活中。同時也加強了電路設計，使其更很好地利用的Protel 99;協(xié)作的重要性。我要做的沉重課程設計也為鞏固和加強課本知識，平時看課本，有時一個問題始終不明白，做課程設計，這個問題就解決了??。還記得很多事情。例如，一些芯片的功能，經常讀一本教科書，這段時間看，要忘記接下來，主要是因為它有沒有手！認識來源于實踐，實踐是力量和實踐的終極目標的理解是檢驗真理的唯一標準。它是專為我們的角色的小程序是如此之大。 九.鳴謝 本次關于簡易交通燈的設計與制作是在俞斌老師以及其他輔導老師的精心指導下，和同組內其他成員的共同交流下才得以順利完成。經過本次設計把我在大學學習數(shù)電年來所學的理論知識轉化為實際應用，既鍛煉了我們的實際操作能力，又使理論知識得以加強和升華，激發(fā)了創(chuàng)新意識。 同時也要感謝xxxx，為我們提供電子元器件。特別感謝與我同組的兩為組員，在工作中我們積極配合、勇于創(chuàng)新。通過本次設計使我們自身的動手能力得到了很大的提高，使我們走出了實踐的盲區(qū)，為以后的畢業(yè)設計及工作后的動手打下了堅實的基礎。最后感謝學院為我們提供了難得的機會。再次感謝各位老師和同學們的幫助! 十．參考文獻 1．《數(shù)字電子技術實驗講義》 湖南工學院 2.《電子技術基礎-模擬部分》 高等教育出版社 3．《555集成電路實用電路集》 高等教育出版社 4 《TTL集成電路應用》 機械工業(yè)出版社 5 《CMOS集成電路》 國防工業(yè)出版社 附 錄 附錄:源程序 交通燈控制模擬程序如下： DISPLAYNUM EQU 51H COUNTER EQU 52H NSNORM EQU 53H EWNORM EQU 54H NSPEAK EQU 55H EWPEAK EQU 56H NSPUT EQU 57H EWPUT EQU 58H DIRECTION EQU 00H DISPLAYYELLOW EQU 01H ONESECOND EQU 02H SETNEW EQU 03H LOADNEWFLAG EQU 04H NR EQU P0.0 NY EQU P0.1 NG EQU P0.2 ER EQU P0.3 EY EQU P0.4 EG EQU P0.5 BREAKRULE EQU P2.0 SOUND EQU P2.1 PEAKorNORM EQU P2.2 ALLSTOP EQU P2.3 ALLGO EQU P2.4 NSTHROUGH EQU P2.5 EWTHROUGH EQU P2.6 SELECTDIR EQU P2.7 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP RESET ORG 000BH LJMP TIME ORG 001BH LJMP DOG ORG 0100H MAIN: MOV NSNORM,#28H MOV EWNORM,#14H MOV NSPEAK,#1EH MOV EWPEAK,#0AH REMAIN:MOV COUNTER,#0AH SETB DIRECTION CLR DISPLAYYELLOW CLR ONESECOND CLR SETNEW CLR SOUND JNB PEAKorNORM,PEAKINPUT MOV NSPUT,NSNORM MOV EWPUT,EWNORM SJMP DISPLAYNUMPUT PEAKINPUT: MOV NSPUT,NSPEAK MOV EWPUT,EWPEAK DISPLAYNUMPUT: MOV DISPLAYNUM,NSPUT MOV SP,#5FH MOV TMOD,#11H LCALL FEEDDOG MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH START: SETB EX0 SETB IT0 SETB TR0 SETB ET0 SETB ET1 SETB PX0 CLR PT0 SETB PT1 SETB EA LCALL LIGHT LCALL DISPLAYLED ;------------------------------重定時檢測---------------------------------------- LOOP: LCALL FEEDDOG JB SETNEW,REMAIN ;------------------------------計時到1秒檢測------------------------------------- JNB ONESECOND,ALLRED CLR ONESECOND DEC DISPLAYNUM MOV A,DISPLAYNUM CJNE A,#02H,EQ0 SETB DISPLAYYELLOW LCALL LIGHT LJMP NUMDECLINE EQ0: CJNE A,#00H,NUMDECLINE CLR DISPLAYYELLOW CPL DIRECTION LCALL LIGHT LCALL RELOAD NUMDECLINE: LCALL DISPLAYLED ;------------------------------全部禁行------------------------------------------ ALLRED:JB ALLSTOP,NSCLEAR CLR TR0 SETB NR CLR NY CLR NG SETB ER CLR EY CLR EG ALLREDWAIT: LCALL FEEDDOG JB ALLSTOP,ALLREDBACK SJMP ALLREDWAIT ALLREDBACK: SETB TR0 LCALL LIGHT ;------------------------------南北通行------------------------------------------ NSCLEAR: JB NSTHROUGH,EWCLEAR CLR TR0 CLR NR CLR NY SETB NG SETB ER CLR EY CLR EG NSCLEARWAIT: LCALL FEEDDOG JB NSTHROUGH,NSCLEARBACK SJMP NSCLEARWAIT NSCLEARBACK: SETB TR0 LCALL LIGHT ;------------------------------東西通行------------------------------------------ EWCLEAR: JB EWTHROUGH,ALLYELLOW CLR TR0 SETB NR CLR NY CLR NG CLR ER CLR EY SETB EG EWCLEARWAIT: LCALL FEEDDOG JB EWTHROUGH,EWCLEARBACK SJMP EWCLEARWAIT EWCLEARBACK: SETB TR0 LCALL LIGHT SJMP ALLYELLOW ;------------------------------全部通行------------------------------------------ NEXT: LJMP CHECKRULE ALLYELLOW: JB ALLGO,NEXT CLR TR0 CLR NR SETB NY CLR NG CLR ER SETB EY CLR EG ALLYELLOWWAIT: LCALL FEEDDOG JB ALLGO,ALLYELLOWBACK JB ALLSTOP,NSC SETB NR CLR NY CLR NG SETB ER CLR EY CLR EG WAITA: LCALL FEEDDOG JB ALLSTOP,BACKA SJMP WAITA BACKA: CLR NR SETB NY CLR NG CLR ER SETB EY CLR EG NSC: JB NSTHROUGH,EWC CLR NR CLR NY SETB NG SETB ER CLR EY CLR EG WAITN: LCALL FEEDDOG JB NSTHROUGH,BACKN SJMP WAITN BACKN: CLR NR SETB NY CLR NG CLR ER SETB EY CLR EG EWC: JB EWTHROUGH,ALLYELLOWWAIT SETB NR CLR NY CLR NG CLR ER CLR EY SETB EG WAITE: LCALL FEEDDOG JB EWTHROUGH,BACKE SJMP WAITE BACKE: CLR NR SETB NY CLR NG CLR ER SETB EY CLR EG LJMP ALLYELLOWWAIT ALLYELLOWBACK: SETB TR0 LCALL LIGHT ;-----------------------------警報檢測------------------------------------------- CHECKRULE: JB BREAKRULE,CLEARSOUND CPL SOUND LJMP SETPEAK CLEARSOUND: CLR SOUND ;-----------------------------高峰檢測------------------------------------------- SETPEAK: JNB PEAKorNORM,LOADPEAK MOV NSPUT,NSNORM MOV EWPUT,EWNORM LJMP LOOP LOADPEAK: MOV NSPUT,NSPEAK MOV EWPUT,EWPEAK LJMP LOOP ;----------------------------T0中斷,用于定時------------------------------------- TIME: CLR EA PUSH Acc PUSH PSW SETB EA MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ COUNTER,TIMERET SETB ONESECOND MOV COUNTER,#0AH TIMERET:CLR EA POP PSW POP Acc SETB EA RETI ;----------------------------T1中斷,用于看門狗----------------------------------- DOG: POP Acc POP Acc CLR A PUSH Acc PUSH Acc RETI ;-------------------------------重設時間----------------------------------------- RESET: CLR ES CLR ET1 CLR EX1 CLR ET0 CLR EX0 PUSH Acc PUSH PSW SETB LOADNEWFLAG CLR TR0 CLR TR1 MOV TMOD,#51H SETB TR1 SETB NR CLR NY CLR NG SETB ER CLR EY CLR EG BEGIN: MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H OBSERVE: MOV DISPLAYNUM,TL