大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)交通燈控制器的設(shè)計(jì)與制作季嚴(yán)清

1、明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)2009 2010學(xué)年度信息工程系 電子信息工程技術(shù) 專業(yè)班級(jí) 07電信（1）班 學(xué)號(hào)43073127 課題名稱交通燈控制器的設(shè)計(jì)與制作 學(xué)生姓名 季 嚴(yán) 清 指導(dǎo)教師 陳 慕 銘 2009年12月25日交通燈控制器的設(shè)計(jì)與制作季嚴(yán)清摘要：本次設(shè)計(jì)的交通燈利用8051單片機(jī)的P1口輸出段碼經(jīng)由74LS373鎖存然后控制4個(gè)數(shù)碼管， P0口控制6個(gè)彩燈作為交通指示燈，并通過鍵盤調(diào)整時(shí)間。 關(guān)鍵詞：8051單片機(jī) 74LS373 數(shù)碼管 鍵盤 目錄緒言 3第一章 方案的選擇與論證 4方案一4 方案二5第二章 電源電路的組成和工作原理6一 電源電路的組成及工作原理6

2、二 單元電路6 1 變壓器6 2 橋式整流電路6 3 濾波電路及其原理8 4 穩(wěn)壓電路10第三章 硬件電路及其工作原理11一 主電路圖11二 主電路工作原理11第四章 電路安裝與調(diào)試12一 電路的組裝12 二 故障的檢測與排除12三 電路各部分電壓與波形的測試12心得體會(huì)13參考文獻(xiàn)14附錄15緒言隨著人民生活水平不斷的提高，衣食住行的水平也越來越高，交通的好壞直接關(guān)系到一個(gè)城市的形象，而交通的暢通與否直接跟它所擁有的交通燈及其功能相關(guān)，本次實(shí)驗(yàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)4向（其中2個(gè)方向相同故忽略不計(jì)）6燈2個(gè)數(shù)碼管的簡易交通燈。要求2個(gè)方向的紅燈對(duì)應(yīng)另一個(gè)方面綠燈和黃燈在紅燈亮25秒后換成黃燈亮5秒再變成

3、綠燈亮25秒，其亮滅情況與數(shù)碼管顯示數(shù)字一致，并且時(shí)間可以由外接的3個(gè)簡易開關(guān)調(diào)整。電源部分一直是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它能體現(xiàn)資源的合理利用，信息時(shí)代各種簡易的電路充斥著市場，便利著廣大群眾，而為這些簡易電路供電的電源也變的越來越簡單且節(jié)能，本次小型交通燈的實(shí)驗(yàn)就是采用這種簡易的穩(wěn)壓電源，他不僅供電穩(wěn)定并且設(shè)計(jì)簡單合理，是實(shí)驗(yàn)用電源的良好模型。本次實(shí)驗(yàn)中的電源是由額定220V電源通過變壓器形成電源后，經(jīng)過橋式整流電路整流后再經(jīng)過濾波電容的濾波形成交流電壓通過W7805三端穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出一個(gè)5V的電源與其他電源相比無論在功能是或者是成本上都有強(qiáng)力的競爭力。本論文不僅僅是對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的概述，同時(shí)也

4、是對(duì)三年專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的總結(jié)。平時(shí)學(xué)到的很多知識(shí)點(diǎn)在該論文中都得到了體現(xiàn)。在本論文寫作過程中參考了一些書刊雜志，且引用了其中的部分資料，難以一一列舉，同時(shí)次論文的完成也離不開指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)，在此，一并向有關(guān)書刊雜志的作者及指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。第一章 方案的選擇與論證本次設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的城市交通燈控制裝置，要求為：（1）應(yīng)有紅、黃、綠三種不同的交通信號(hào)燈；（2）紅燈、綠燈信號(hào)持續(xù)30秒，黃燈信號(hào)持續(xù)5秒，并通過相應(yīng)的顯示單元顯示出來；（3）紅燈、綠燈持續(xù)的時(shí)間可以任意調(diào)整。1、方案一圖1該方案主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控

5、制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器工作，其工作原理框圖如圖1所示：其中TL表示甲車道或者乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0TY表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒，定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0ST表示定時(shí)器到了規(guī)定時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移信號(hào)。它由控制定時(shí)器開始下一個(gè)狀態(tài)的定時(shí)2、方案二采用單片機(jī)8051作為控制單元，利用74Ls373傳輸并鎖存段碼，通過數(shù)碼管顯示，每組各有紅、綠、黃三種指示燈指示，并可通過鍵盤調(diào)整紅燈與綠燈時(shí)間。其如電路

6、系統(tǒng)方框圖如圖2所示。單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)LED顯示部分?jǐn)?shù)碼管顯示部分按鍵調(diào)整電路圖23、方案選擇 方案二在電路結(jié)構(gòu)上相對(duì)于方案一而言比較簡單，其在時(shí)間1S的準(zhǔn)確度也比方案一來得精確，而方案二更可以調(diào)整紅燈與綠燈持續(xù)時(shí)間。綜上所述，選擇方案二作為本次設(shè)計(jì)方案。第二章 電源電路的組成和工作原理一 電源電路原理小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，工作原理圖如圖3所示。用二極管的單向?qū)щ娦越M成整流電路，可將交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓。把整流二極管當(dāng)作理想元件，即認(rèn)為它的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。但在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)考慮到二極管有內(nèi)阻，整流后所得波形，其輸出幅度

7、會(huì)減少0.61V，當(dāng)整流電路輸入電壓大時(shí)，這部分壓降可以忽略。但輸入電壓小時(shí)，例如輸入為3V，則輸出只有2V多，需要考慮二極管正向壓降的影響。橋式整流電路是利用變壓器先將220V電壓降壓變成15V的電路然后經(jīng)過整流電路整流后輸出10V電壓經(jīng)過W7805三端穩(wěn)壓器將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷鹤詈筝敵?V的穩(wěn)壓電源。圖3二 單元電路1、變壓器變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。2、橋式整流電路整流

8、電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔脤⒔涣麟娮儞Q成單方向的直流電的。因此，二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。常見的小功率整流電路，有半波整流、全波整流、和橋式整流等幾種。其中以橋式整流電路最為常用，本次設(shè)計(jì)中選用的是橋式整流電路。為分析簡單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大整流電路工作原理單相橋式整流電路如圖4和圖5所示，圖中，四個(gè)整流二極管D1D4接成電橋形式（故名橋式整流電路），其輸入是來自電源變壓器T副邊的正弦交流電壓u2(=2Usinwt )，其輸出加至要求直流供電的負(fù)載電阻上。需特別指出的是，整流橋的四個(gè)二極管，必須嚴(yán)格按照?qǐng)D4所示的方式連接于A

9、,B,C,D四點(diǎn)之間，否則，將導(dǎo)致變壓器短路。圖5是橋式整流電路的簡化畫法。圖4圖5由二極管的單向?qū)щ娦裕浑y得出橋式整流電路的工作波形。當(dāng)u2=（2Usinwt ）處于正半周時(shí)，圖4所示電路中的A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)二極管D1和D3處于正向偏置而導(dǎo)通,D2,D4則因反偏而截止。電源經(jīng)D1,D3向負(fù)載供電，輸出一個(gè)與u2正半波相同的電壓，同理，當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)，D1,D3轉(zhuǎn)為反偏而截止，D2與D4則因正偏而導(dǎo)通。電源經(jīng)D2,D4向負(fù)載供電，此時(shí)，u0=-u2,其波形與u2的正半波相同?？梢?，在交流電壓u2變化一周時(shí)，負(fù)載Rl上得到的卻是單方向脈動(dòng)的電壓u0和電流i0。由于該電路在正

10、弦電壓u2的正，負(fù)半周都有輸出，故稱這種整流方式為全波整流。濾波電路主要由儲(chǔ)能元件電容，電感組成。下面著重介紹小功率整流電路中最常用的形式電容濾波電路。3、濾波電路濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動(dòng)直流電壓u3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓UI。UI與交流電壓u2的有效值U2的關(guān)系為：在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為：流過每只二極管的平均電流為：其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時(shí)間常數(shù)RC應(yīng)滿足：其中：T = 20ms是50Hz交流電壓的周期。濾波電路的原理交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾

11、波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。電容濾波RL接入（且RLC較大）時(shí)如圖6所示電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會(huì)逐漸下降。圖6電容濾波電路的特點(diǎn)(a)輸出特性(外特性)輸出波形隨負(fù)載電阻RL或C的變化而改變, Uo和S 也隨之改變。如: RL愈小( IL越大), Uo下降多, S 增大圖7(b)UL與RLC的關(guān)系：RLC 愈大® C放電愈慢®UL(平均值)愈大

12、一般?。篟LC (3-5)T/2(T:電源電壓的周期)近似估算: UL=1.2U2圖8(c)流過二極管瞬時(shí)電流很大整流管導(dǎo)電時(shí)間越短®iD的峰值電流越大結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場合。4、穩(wěn)壓電路由于輸入電壓u1發(fā)生波動(dòng)、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時(shí)，濾波電路輸出的直流電壓UI會(huì)隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級(jí)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時(shí)，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)

13、點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的類型很多，在小功率穩(wěn)壓電源中，普遍使用的是三端穩(wěn)壓器。按輸出電壓類型可分為固定式和可調(diào)式，此外又可分為正電壓輸出或負(fù)電壓輸出兩種類型。常見的有CW78（LM78）系列三端固定式正電壓輸出集成穩(wěn)壓器；CW79（LM79）系列三端固定式負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器。三端是指穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和接地三個(gè)接地端子。型號(hào)中最后兩位數(shù)字表示輸出電壓的穩(wěn)定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。穩(wěn)壓器使用時(shí)，要求輸入電壓UI與輸出電壓Uo的電壓差UI - Uo2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流Io = 8mA。當(dāng)Uo = 5 18V時(shí)，UI的最大值UImax= 35V；當(dāng)Uo=18 24V時(shí)，UI的

14、最大值UImax = 40V。第三章 硬件電路及工作原理一、主電路圖主電路圖見附錄一二、主電路原理利用8051單片機(jī)作為控制單元，同時(shí)利用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0定時(shí)1S鐘。每經(jīng)過1S，通過P1口輸出其段碼，并經(jīng)74LS373鎖存驅(qū)動(dòng)，通過數(shù)碼管顯示紅燈與綠燈的時(shí)間，其中紅燈持續(xù)30S，綠燈持續(xù)25S，黃燈持續(xù)5S,同時(shí)利用單片機(jī)P0口控制發(fā)光二極管用來顯示紅、黃、綠三種指示信號(hào)燈。第四章 電路的裝調(diào)和故障解析在本次實(shí)驗(yàn)中電路的組裝與調(diào)制是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成功與否，本次實(shí)驗(yàn)是利用8051的P1口輸出段碼然后由74LS373鎖存后再由數(shù)碼管輸出，而P0口是控制2個(gè)方向的指示信號(hào)燈情況。

15、一、電路的裝調(diào)組裝該電路時(shí)，起先組裝電路的時(shí)候鎖存用的是74LS244由于不知道其各部分引腳功能所以導(dǎo)致數(shù)碼管輸出亂碼，通過網(wǎng)上與圖書館的資料了解了74LS244各引腳的功能以及各部分的輸入輸出端后重新組裝電路,使數(shù)碼管可以正常運(yùn)行并顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字。二、故障的檢測與排除在組裝好電路以后，編輯好相應(yīng)的程序，執(zhí)行后發(fā)現(xiàn)輸出斷碼沒有問題，但是數(shù)碼管無法顯示相應(yīng)的數(shù)值，總是在聽到啪嗒一聲后又恢復(fù)以前的數(shù)值。從各方面資料中得出結(jié)論，74LS244的鎖存功能特別差致使斷碼無法鎖存，故輸出與實(shí)際偏差很大，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助，得到了解決這個(gè)問題的方法，將74LS244替換為74LS373加一個(gè)74LS02，其

16、中74LS02提供3個(gè)或非門，74LS373無論在功能或者鎖存方面都比較突出，將電路重新連接后把74LS373換上，再啟動(dòng)電路發(fā)現(xiàn)這次數(shù)碼管的顯示正常穩(wěn)定。74LS373引腳圖如圖12所示。三、電路各部分電壓與波形的測試 當(dāng)電壓由變壓器降壓后變成10.6V，其輸出波形為正弦波，通過橋式整流電路整流后其輸出的電壓為10.5V，而波形變?yōu)榘胂也?，這時(shí)電壓經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷?，接下?0.5V直流電壓通過電容濾波后且輸出電壓仍然不變，波形的頻率降低，最后10.5V直流電壓通過3端穩(wěn)壓管輸出4.8V直流電壓，波形慢慢趨于平緩，最后成為一條直線。心得體會(huì)經(jīng)過一個(gè)月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)基本完成了，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的

17、實(shí)踐中，學(xué)到很多有用的知識(shí)：在本文的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，本人對(duì)一個(gè)完整的電路設(shè)計(jì)的基本方法有了基本的了解，對(duì)元件的焊接、排線、組裝都有了一定的學(xué)習(xí)，也積累了不少寶貴的經(jīng)驗(yàn)。點(diǎn)擊運(yùn)行，也基本達(dá)到預(yù)期的效果，虛榮的成就感在沒人的時(shí)候也總會(huì)冒上心頭。但由于能力和時(shí)間的關(guān)系，總是覺得有很多不盡人意的地方，譬如功能不全、外觀粗糙不美觀等不合理數(shù)不勝數(shù)。可是，我又會(huì)有點(diǎn)自戀式地安慰自己：做一件事情，不必過于在乎最終的結(jié)果，可貴的是過程中的收獲。以此語言來安撫我尚沒平復(fù)的心。    畢業(yè)設(shè)計(jì)，也許是我大學(xué)生涯交上的最后一個(gè)作業(yè)了。在這三年以來給我?guī)椭乃欣蠋煛⑼瑢W(xué)，你們的友誼是我人

18、生的財(cái)富，是我生命中不可或缺的一部分。 大學(xué)生活即將匆匆忙忙地過去，但我卻能無悔地說：“我曾經(jīng)來過?！贝髮W(xué)三年，但它給我的影響卻不能用時(shí)間來衡量，這三年以來，經(jīng)歷過的所有事，所有人，都將是我以后生活回味的一部分，是我為人處事的指南針。就要離開學(xué)校，走上工作的崗位了，這是我人生歷程的又一個(gè)起點(diǎn)，在這里祝福大學(xué)里跟我風(fēng)雨同舟的朋友們，一路走好，未來總會(huì)是絢爛繽紛致謝隨著畢業(yè)論文的撰寫，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，這是對(duì)我們?nèi)陮W(xué)習(xí)成果的總結(jié)，也是對(duì)畢業(yè)生進(jìn)行的一次知識(shí)的檢閱。在這次設(shè)計(jì)過程中，我們不僅鞏固了專業(yè)知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了許多專業(yè)以外的知識(shí)，我們嘗試到了各種酸、甜、苦、辣，也學(xué)到了許多寶貴的東西，例如文化知識(shí)、交際能力、團(tuán)隊(duì)精神、動(dòng)手能力、合作能力等，之所以我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿的完成，主要是因?yàn)槲覀冚o導(dǎo)老師陳慕銘不厭其煩的指導(dǎo)我們，由于他還要帶大二的學(xué)弟、學(xué)妹，所以他每天都忙碌的為我們奔波，