交通信號燈電子技術課程設計報告

1、數(shù)電課程設計報告電子科學系班級： 10電信班姓名： 薛漢偉 卓桂城 楊坤學號： 100703140 100703157 100703141一、內容摘要本電路通過由兩個D觸發(fā)器組成的四進制計數(shù)器和由與非門組成的譯碼器來控制主干道和支干道紅、黃、綠燈的狀態(tài)變化，從而達到疏導車輛安全順利通過十字路口的作用，由555計時和電容電阻組成秒脈沖發(fā)生器；計時器由兩個74LS190計數(shù)器組成，分別用于計時間的十位和個位；顯示譯碼器把74LS190輸出的BCD碼譯成7位二進制代碼，驅動數(shù)碼管顯示相應的BCD碼所對應的十進制數(shù)。二、交通信號燈設計內容及要求 由一條主干道和一條支干道的匯合形成十字路口，為確保車輛安

2、全、迅速地通行，在交叉路口的每一個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行使中的車輛有時間?？康浇芯€之外；任務和要求： 1、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。2、 每次綠燈變紅燈時，黃燈先亮5秒，此時原紅燈不變。3、 用十進制數(shù)字顯示放行及等待時間。三、方案分析 十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個主干道和一個支干道的十字路口如圖所示。每邊都設置了紅、綠、黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運行。因為主干道上的車輛多，所以主干道

3、放行的時間要長。 路口交通指揮系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。主干道綠燈亮，支干道紅亮，計數(shù)器由30開始遞減計數(shù)S1主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，計數(shù)器由5開始遞減計數(shù)S2主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，計數(shù)器由20開始遞減計數(shù)S3主干道紅燈亮，支干道黃燈亮，計數(shù)器由5開始遞減計數(shù)S4系統(tǒng)工作流程圖要實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計數(shù)器、信號燈譯碼驅動電路、信號燈譯碼驅動電路和數(shù)字顯示譯碼驅動電路等幾部分組成，整機電路的原理框圖如圖所示。四個路口設有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計數(shù)、譯碼顯示器。交通信號燈控制系統(tǒng)原理組成框圖十字路口車輛運行情況只有4種可

4、能：1）設開始時主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為30s。2）30s后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時間為20s。4）50s后，主干道仍不通行，支干道停車，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時間為5s。5s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復。因此，要求主控制電路也有4種狀態(tài)，設這4種狀態(tài)依次為：S0、S1、S2、S3。狀態(tài)轉換圖如圖所示。S0S1S2S330s后5s后20s后5s后狀態(tài)轉換圖 4、 原理圖設計1 信號燈狀態(tài)控制器十字路口車輛運行情況只有4種

5、可能，實現(xiàn)這4個狀態(tài)的電路，可以用兩個D觸發(fā)器組成一個四進制的計數(shù)器。我采用的一片74HC74實現(xiàn)。74LS74的引腳排列圖：74LS74的功能表：74LS74的接線圖所示：D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Q*=Q',load每輸入一個時鐘脈沖Q0的狀態(tài)改變一次，U7A將load輸入的時鐘脈沖二分頻后送給U7B,即load每四個脈沖U7A和U7B的狀態(tài)回到原來的狀態(tài)，即四進制計算器。2 信號燈譯碼驅動電路主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關系見真值表。對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。列出信號燈的真值表：狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號

6、燈Q1Q0紅（R）黃（Y）綠（G）紅（r）黃（y）綠（g）00111010001101001000110000010010根據(jù)真值表可以寫出各信號燈的邏輯函數(shù)式： 用發(fā)光二極管模擬交通燈的工作狀態(tài)，根據(jù)邏輯函數(shù)表達式畫出的電路圖如圖所示。因為門電路帶灌電流負載的能力強，故設計成門電路輸出低電平時，相應的發(fā)光二極管亮。3 置數(shù)譯碼電路要實現(xiàn)30秒、20秒、5秒倒計時，就要在計數(shù)器倒計時到零的時候給計數(shù)器的置數(shù)端送入下一狀態(tài)相應的時間數(shù)。列出置真值表：Q1 Q0 h g f e d c b a0 00 11 01 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7、0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0根據(jù)真值表可以寫出邏輯函數(shù)表達式：h=0 g=0 f=Q0 e=Q1Q0 d=0 c=a=Q0' b=04 計時系統(tǒng)74LS190具有可對8421BCD進行計數(shù)、可逆計數(shù)、有聯(lián)級脈沖輸出、可由送數(shù)控制進行異步置數(shù)、并行輸出、可聯(lián)級到n位應用等功能，所以可以用74LS190做為計時系統(tǒng)的計時器。74LS190的時序圖：74LS190的引腳排序圖：74SL190的功能表：計時系統(tǒng)由兩片74LS190構成的計數(shù)器、74HC00和74HC04構成的置數(shù)、狀態(tài)轉換信號輸出電路組成。如圖所示。用兩片74LS190組成兩位十進制減法計數(shù)器，當計數(shù)器狀態(tài)為

8、零時，U5C輸出信號load,作為置數(shù)控制信號，將置數(shù)譯碼器輸出的數(shù)據(jù)送入計數(shù)器。Load送入狀態(tài)計數(shù)器74LS74，作為狀態(tài)計數(shù)器的時鐘脈沖。5 顯示譯碼器顯示譯碼器我們使用兩片74LS48芯片。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。74LS48管腳圖6 共陰七段LED共陰數(shù)碼管數(shù)碼管分為共陽極結構和共陰極結構。若顯示器共陽極連接，則對應陽極接高電平的字段發(fā)光；而顯示器共陰極連接，則接低電平的字段發(fā)光。數(shù)碼管的每段都加一個360的電阻。數(shù)碼管的接線圖：7 555振蕩器構成的秒脈沖電路時器555定時器內部結構和引腳排列圖，如內部電路圖，

9、引腳排列圖。555定時器內部含有一個基本RS觸發(fā)器，配個電壓比較器C1,C2,一個放電三極管T由三個5K的電阻的分配器，555定時器因此而得名一個輸出緩沖器G3。比較器C1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的參考電壓為VCC/3加在反相輸入端，兩者均由分在器上取得。 555定時器引腳排列圖 555的內部電路圖555定時器個引線端的用途如下：1端為接地線；2端為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端。當2端的輸入高電壓高 于VCC/3時，C2輸出為1；當輸入電壓低于VCC/3時，C2的輸出為0，使基本觸發(fā)器置1；3端U0為輸出端；4端是復位端，當=0時，基本觸發(fā)器直接置0，使Q=0，=1；5端U

10、DD 為電壓控制端，如果CO 端另加控制電壓，則可以改變C1，C2的參考電壓。工作中不使用CO 端時，一般都通過一個0.01uF的電容接地，以防旁路干擾；6端TH 為高電平觸發(fā)端，當輸入電壓低于2VCC/3時，C1的輸出為1；當輸入電壓高于2VCC/3時，C1的輸出為0，使基本觸發(fā)器置0，即Q0=0，=1，這時定時器輸出U0=0；7端D為放電端。當基本觸發(fā)器的=1時，放電晶體管T導通，外接電容元件通過T放電；8端VCC為電源端，可在4.3-1.6V范圍內使用，若為CMOS電路，則VCC=3-18V。 555定時器功能表，它全面表示了555的基本功能：多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波的自激振蕩電路，由于矩形

11、波包含和高次諧波成分，因此稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時毋須外加發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。用555實現(xiàn)多諧振需要外接電阻R1，R2和電容C，并外接+5V的直流電源。只需在+VCC端接上+5V的電源，就能在3腳產(chǎn)生周期性的方波，如圖所示。3腳輸出的言方波的周期為 T=(R1+R2)Cln2本電路采取R1=15K,R2=68K,C1=0.1uF,C2=10uF。8 元件清單元件數(shù)量74LS190274HC74174HC00274HC04174LS482NE5551電阻、電容若干LED6共陰數(shù)碼管25、 整體電路圖以及工作原理整體電路圖見附錄一

12、。由555組成的振蕩器產(chǎn)生周期為一秒的時鐘信號，送給計時器，計時器做減法計數(shù)，74LS48譯碼器把計時器輸出的8421BCD碼譯成驅動數(shù)碼管顯示的七段二進制代碼，使數(shù)碼管顯示相應的十進制數(shù)。當計時器減到零狀態(tài)，RCO1和RCO2分別輸出一個低電平信號，通過非門和與非門，load輸出一個低電平信號，置數(shù)譯碼電路輸出的數(shù)據(jù)送入計時器，load在上升沿到來時，信號燈狀態(tài)控制器的計數(shù)器加1，信號燈轉到下一狀態(tài)。計時器繼續(xù)倒計時，如此循環(huán)下去。6、 原理圖仿真這里用的是Proteus仿真軟件，仿真原理圖如下圖：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，開始30秒倒計時。 主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，開始5秒倒計時。 主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，開始20秒倒計時。主干道紅燈亮，支干道黃燈亮，開始5秒倒計時。從仿真結果可知，計時器能夠正確置數(shù)，時間顯示正常，仿真符合題目要求。7、 收獲、體會和建議為了這次課程設計，我們去圖書館和上網(wǎng)查閱了很多相關資料，包括各個芯片的引腳圖和相關的功能，電路的連接和原理。由于實驗室的條件問題，我們要用到PROTEUS這個仿真軟件來實現(xiàn)交通燈系統(tǒng)，為此我們學習了PROTEUS這個軟件的用法。經(jīng)歷了多天的努力，我們終于確定了器件和電路圖，利用PR