數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告交通燈講解

1、現(xiàn)如今，隨著人口和汽車(chē)的日益增長(zhǎng)， 城市交通日益擁擠， 人們的安全問(wèn)題也日 益重要。因此， 紅綠交通信號(hào)燈成為交管部門(mén)管理交通的重要工具之一。 交通信 號(hào)燈常用于十字路口， 用來(lái)控制車(chē)的流量， 提高交叉口車(chē)輛的通行能力， 減少交 通事故。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。自從交通燈誕生以來(lái)， 其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)， 設(shè)計(jì)方法也 開(kāi)始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化、科學(xué)化、簡(jiǎn)便化。尤其是近幾年 來(lái)，隨著電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展， 電子電路分析和設(shè)計(jì)方法有了很大的改 進(jìn)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段， 這些為 交通燈控制電路的設(shè)計(jì)提供了一定

2、的技術(shù)基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)通過(guò)采用數(shù)字電路對(duì)交通燈控制電路的設(shè)計(jì) , 提出使交通燈控制電路用數(shù) 字信號(hào)自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法 , 指揮各種車(chē) 輛和行人安全通行 ,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。 因此，在本次課程設(shè)計(jì)里， 將以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交通控制信號(hào)燈。 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的是培養(yǎng) 數(shù)字電路的能力，掌握交通信號(hào)燈控制電路的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下： （ 1）甲車(chē)道和乙車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行， 每次通行時(shí)間都設(shè)為 25 秒。（ 2）每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮 5 秒鐘，才能變換運(yùn)行車(chē)道。（3）黃燈亮?xí)r

3、，要求每秒鐘閃亮一次。（4）十字路口有數(shù)字顯示燈亮?xí)r間，要求燈亮?xí)r間以秒為單位作減計(jì)數(shù)； （ 5）要求通行時(shí)間和黃燈亮的時(shí)間均可在 099s 內(nèi)任意設(shè)定。 本設(shè)計(jì)由王宇同學(xué)完成。由于所學(xué)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，請(qǐng)老師批評(píng)指正- 1 -目錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的第二章系統(tǒng)概述 22.1系統(tǒng)概述 22.2交通燈邏輯分析 22.3總體設(shè)計(jì)方案 2第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析 53.1秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 53.2定時(shí)器的設(shè)計(jì) 53.3控制器的設(shè)計(jì) 63.4顯示電路的設(shè)計(jì) 9第四章 綜述及心得體會(huì) 104.1系統(tǒng)綜述 104.2總結(jié)及心得體會(huì) 10附錄 12附錄一實(shí)驗(yàn)電路圖 12附錄二芯片引腳

4、圖 13附錄三元器件清單 16附錄四焊接電路板 17參考文獻(xiàn) 18- 2 -交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作 摘要： 在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在 每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通 行；黃燈亮表示該條道路上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行， 已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù) 通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。 交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、 黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換， 指揮各種車(chē)輛和行人安全通行， 實(shí)現(xiàn)十字路口交通管 理的自動(dòng)化。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下： ( 1)

5、甲車(chē)道和乙車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒。(2) 每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮 5 秒鐘，才能變換運(yùn)行車(chē)道。(3) 黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。(4) 十字路口有數(shù)字顯示燈亮?xí)r間，要求燈亮?xí)r間以秒為單位作減計(jì)數(shù)；(5) 要求通行時(shí)間和黃燈亮的時(shí)間均可在099s內(nèi)任意設(shè)定。1.2 設(shè)計(jì)目的( 1)熟悉集成電路的引腳安排。( 2)掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。( 3)了解 PCB 板結(jié)構(gòu)及其接線方法。( 4)了解數(shù)字交通燈控制電路的組成及工作原理( 5)學(xué)會(huì)用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的原理圖進(jìn)行仿真。( 6)熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設(shè)計(jì)與制作。 - 1 -第二章 系統(tǒng)概述2.1

6、 系統(tǒng)概述：系統(tǒng)由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、定時(shí)器、控制器、譯碼顯示器、信號(hào)燈顯示器五 大部分組成。 其中秒脈沖信號(hào)發(fā)生器用于給各個(gè)組成部分提供脈沖信號(hào)， 通過(guò)定 時(shí)器向控制器發(fā)出三種定時(shí)信號(hào)， 使相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。 譯碼顯示器在控制 器的控制下，改變交通燈信號(hào)，產(chǎn)生倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示， 控制器根據(jù)定時(shí)器的信號(hào)， 進(jìn)行狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，使顯示器的顯示發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變。2.2 交通燈邏輯分析：圖 1 表示甲車(chē)道和乙車(chē)道的十字路口交通燈系統(tǒng)，每條道路設(shè)一組信號(hào)燈，每組信號(hào)燈由紅、黃、綠3個(gè)燈組成，綠燈表示允許車(chē)輛通行，紅燈表示禁止通 行，黃燈為過(guò)渡燈，表示該車(chē)道上已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行

7、。交通燈控制系統(tǒng)原理框圖圖1總體設(shè)計(jì)方案：2.3生器、1圖為交通燈的一個(gè)整體設(shè)計(jì)框圖。系統(tǒng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)定時(shí)器、控制器、譯碼器、信號(hào)燈顯示器組成。其中控制器是核心部分，由它控 制定時(shí)器和譯碼器的工作，秒脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生定時(shí)器和控制器所需的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，譯碼器輸出兩路信號(hào)燈的控制信號(hào)。為控制器的輸出信號(hào)。TY為定時(shí)器的輸出信號(hào)，STTL圖中、秒，即車(chē)輛正常：表示甲車(chē)道或乙車(chē)道綠燈亮的 時(shí)間間隔為T(mén)L 25。TL=1通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，否則TL=0，否則，秒。定時(shí)時(shí)間到，：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為T(mén)Y 5TY=1 - 2 -TY=O。ST :表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)

8、轉(zhuǎn)換信號(hào)，由它控制定 時(shí)器開(kāi)始下一個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。因此，用定時(shí)器分別產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)間間隔后，向控制器發(fā)出“時(shí)間已到”的信號(hào)， 控制器根據(jù)定時(shí)器的信號(hào)，決定是否進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如果肯定，則控制器發(fā)出狀 態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)S,定時(shí)器開(kāi)始清零，準(zhǔn)備重新計(jì)時(shí)。t交通燈控制器的控制過(guò)程分 為四個(gè)階段，對(duì)應(yīng)的輸出有四種狀態(tài)，分別用 S、S、S、S表示。3012S狀態(tài)： 甲車(chē)道綠燈亮，乙車(chē)道紅燈亮，此時(shí)甲車(chē)道允許車(chē)輛通行，0乙車(chē)道禁止車(chē)輛通行。當(dāng)甲車(chē)道綠燈亮夠規(guī)定的時(shí)間后， 控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一 個(gè)狀態(tài)。S狀態(tài)：甲車(chē)道黃燈亮，乙車(chē)道紅燈亮，此時(shí)甲車(chē)道允許超過(guò)停車(chē)線 1的車(chē)輛繼 續(xù)通行，而未超過(guò)停車(chē)線的車(chē)

9、輛禁止通行，乙車(chē)道禁止車(chē)輛通行。當(dāng)甲車(chē)道黃燈 亮夠規(guī)定時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。S狀態(tài)：甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道綠燈亮。此時(shí)甲車(chē)道禁止車(chē)輛通行， 3乙車(chē)道允 許車(chē)輛通行，當(dāng)乙車(chē)道綠燈亮夠規(guī)定時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn) 入下一個(gè)狀態(tài)。S狀態(tài)：甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道黃燈亮。此時(shí)甲車(chē)道禁止車(chē)輛通行， 2乙車(chē)道允 許超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛通行，而未超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行。當(dāng)乙車(chē)道紅燈亮夠 規(guī)定的時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài) S狀態(tài)。oS、 S、S、S狀態(tài)分別分配狀態(tài)編碼為00、01、10、11，由此得到3012控制器的狀態(tài)， 如表1所示。表1狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

10、 控制器狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)00甲車(chē)道通行，乙車(chē)道禁止通行)甲綠，乙紅S (001甲車(chē)道緩行，乙車(chē)道禁止通行S）（甲黃，乙紅111甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道通行甲紅，乙綠（S）10 S甲紅，乙黃）（甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道緩行2- 3 -控制器應(yīng)送出甲、乙車(chē)道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把燈的代號(hào)和 燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定：AG=1 :甲車(chē)道綠燈亮；BG=1:乙車(chē)道綠燈亮；AY=1 :甲車(chē)道黃燈亮；BY=1 :乙車(chē)道黃燈亮；AR=1 :甲車(chē)道紅燈亮；BR=1 :乙車(chē)道紅燈亮。由此得到交通燈的ASM圖，如圖2所示：圖2圖交通燈控制系統(tǒng)的ASM第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1秒脈

11、沖信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)：本實(shí)驗(yàn)采用555定時(shí)器組成秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。因?yàn)樵撾娐返妮敵雒}沖的周期 T 0.7(R+2R)C,若 T=1s,令 C2=10y f, R=47K?,那么 i2iR47K?。其它參數(shù)為： C1=10nF。如圖3所示。2秒脈沖信號(hào)發(fā)生器圖3定時(shí)器的設(shè)計(jì)：3.2用74LS190直接構(gòu)成減法計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘脈沖上升沿到來(lái)時(shí)， 在控制信號(hào)S的作用下，計(jì)數(shù)器以減計(jì)數(shù)向控制器提供 T、T的時(shí)間信號(hào)。 lyt74LS190是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，用它進(jìn)行減計(jì)數(shù)與數(shù)字顯示倒計(jì)時(shí)相符合。 74LS190可以級(jí)聯(lián)，只需要2片即可向控制器提供TL、TY的信號(hào)，倒計(jì)數(shù)可在 數(shù)字顯示電路中實(shí)現(xiàn)。用741

12、90節(jié)省材料，節(jié)約成本，而且由于經(jīng)常應(yīng)用，因而 使用起來(lái)較方便，具有其獨(dú)特的優(yōu)良性。如圖 4所示。-5 -定時(shí)器供給其555為十位計(jì)數(shù)器。U4由圖中U4為個(gè)位計(jì)數(shù)器，U2時(shí)，產(chǎn)生一 個(gè)低電平，隨即有一個(gè)上升沿，供0脈沖。當(dāng)其從9計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)減一，實(shí)現(xiàn)兩片 芯片的級(jí)聯(lián)。由于整個(gè)U2給U2做時(shí)鐘脈沖，此時(shí)，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，所以，芯 30計(jì)數(shù)，減一到01，再恢復(fù)至電路是從30。3) (00000)和0011 (片由二者的 TC共同與非再置數(shù)。輸入分別為.定時(shí)器電路圖圖4控制器的設(shè)計(jì)：3.3管理規(guī)則控制信號(hào)該能夠按照交通心，它應(yīng)控制器是交通 管理的核所5ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如圖燈工作狀態(tài)的

13、轉(zhuǎn)換。 從示。表2控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸 入輸 出現(xiàn) 態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次 態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)nnn+1 n+1 ST TYTLqQ QQ 011000 0X 00000 1X 01 101 X0 01 001 X1 11 111 0X 11 011 1X 10 110 X0 10 010 X1 00 1根據(jù)表2,寫(xiě)出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)方程為：n+1 nnnn nn . T QQ+ Q T + QQQ=QY0011Y011n+1nnnnnnTQQ = QQ Q + QT + QS00110L01nnnnnnnnQTQQTS= Q + QQT + QS0001T1Y101LYnn Q= Q,其他變 用

14、四選一數(shù)據(jù)選擇器和D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，設(shè)AAooii量通過(guò)數(shù)據(jù) 輸入端輸入。數(shù)據(jù)選擇器用74LS153,觸發(fā)器用74LS74。設(shè)計(jì)中將觸發(fā)器的輸出看作邏輯變 量，將T、T看作輸入信號(hào)，按照由數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函sl數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)以上三個(gè)邏輯函數(shù)，并將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到數(shù)據(jù)選擇器的選擇變量端，數(shù)據(jù)選擇器的輸入端信號(hào)可以根據(jù)狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程得出。就可得到控制器的原理 圖，觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端輸入秒脈沖。系統(tǒng)的輸出是在QQ驅(qū)動(dòng)下的六個(gè)發(fā)光二極管，各狀態(tài)與信號(hào)燈的oi關(guān)系由表2給出，因此，得到二極管信號(hào)與控制器狀態(tài)變量的關(guān)系為：'''*Q 甲車(chē)道： AG= QAY二 Q*Q AR=

15、Q i0011''BR= Q *QB Y二 Q*QBG= Q 乙車(chē)道 ：iiioo電路如圖5所示控制器電路圖圖5信號(hào)燈與控制器狀態(tài)編碼表表3-8 -3.4顯示電路的設(shè)計(jì)：采用74LSi90進(jìn)行減計(jì)數(shù)，然后將輸出通過(guò) 7448接到七段顯示譯碼器上。7448 是用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管的。如圖 6所示。數(shù)碼管顯示電路圖 6- 9 -第四章 綜述及心得體會(huì)4.1 系統(tǒng)綜述：通過(guò)分析交通燈控制系統(tǒng)的要求可知， 整個(gè)系統(tǒng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、 定時(shí) 器、控制器、譯碼顯示器構(gòu)成。其中，秒脈沖信號(hào)發(fā)生器由555 定時(shí)電路組成；定時(shí)器由兩片同步十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器 74LS190 芯片及若干與非門(mén)、非

16、門(mén)、與門(mén) 共同組成；控制器由一片數(shù)據(jù)選擇器74LS153及一片雙D觸發(fā)器74LS74芯片構(gòu) 成；譯碼顯示器由兩片74LS190、兩片譯碼管驅(qū)動(dòng)芯片7448和兩個(gè)七段數(shù)碼管 構(gòu)成。主控制器和定時(shí)計(jì)數(shù)器必須使用同一脈沖信號(hào)， 譯碼電路輸出兩組信號(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。 控制電路是系統(tǒng)的核心部分， 由它 控制定時(shí)計(jì)數(shù)電路和譯碼驅(qū)動(dòng)電路的工作能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈四種狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。4.2 總結(jié)及心得體會(huì)： 這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期。通過(guò)這一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn) 了自己的很多缺點(diǎn)與不足， 自己知識(shí)的漏洞， 看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺 乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。在課程設(shè)計(jì)過(guò)

17、程中， 光有理論知識(shí)是不夠的， 還必須懂一些實(shí)踐中的知識(shí)。 首先， 我們要做好課前的仿真練習(xí)，只有仿真通過(guò)了，才能做接下來(lái)的硬件焊接部分。 其次，在焊接電路之前， 我們必須查閱好各個(gè)芯片的引腳圖， 知道一個(gè)芯片共有 幾個(gè)引腳，哪個(gè)引腳該接什么。最后，在焊接的時(shí)候，一定要細(xì)心，不能夠三心 二意，因?yàn)榫€比較多，所以一定要全神貫注。結(jié)果出不來(lái)，不要急躁；看到其他同學(xué)提前完成設(shè)計(jì)了，不要急躁；當(dāng)找不到問(wèn) 題所在處時(shí)，也不要急躁?？偠灾?，就是得靜下心來(lái)，不急不躁，慢慢檢查， 慢慢體會(huì)。本次課程設(shè)計(jì)也讓我加深了對(duì)電子線路基本知識(shí)的理解， 提高了我的綜合運(yùn)用所 學(xué)知識(shí)的能力， 增強(qiáng)了我的根據(jù)課程需要選學(xué)參

18、考資料， 查閱手冊(cè)、 圖表和文獻(xiàn) 資料的自學(xué)能力。 同時(shí)我也初步學(xué)習(xí)到了關(guān)于課程設(shè)計(jì)的基本方法、 步驟和撰寫(xiě) 設(shè)計(jì)論文的格式。- 10 -通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)， 我想說(shuō)： 為完成這次課程設(shè)計(jì)我們確實(shí)很辛苦， 但苦中仍有 樂(lè)。還記得做仿真那晚，弄到凌晨 4 點(diǎn)多，但仍睡意全無(wú)。這些日子里，從設(shè)計(jì) 到仿真，從仿真到硬件焊接，從硬件焊接到結(jié)果出來(lái)，我們經(jīng)歷了很多，在這期 間，我們學(xué)到了很多，也收獲很多。對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐 收更加可喜。 讓我知道了學(xué)無(wú)止境的道理： 我們不能滿足現(xiàn)在， 要不斷的挑戰(zhàn)自 己，迎難而上，不屈不撓，奮斗到底！既然是一名戰(zhàn)士，那么就要不停的戰(zhàn)斗， 永不停息！-11 -附錄附錄一實(shí)驗(yàn)電路圖-12 -附錄二芯片引腳圖NE55574LS19074LS48-13 -74LS7441 <1屮274LS15374LS0074LS04QlQo+AGAYAR，BGBY眼00-100.'000L.0100flLIk001-1(I0+40uLa01(hI-U5C74LS20（3,11 為 NC 空引腳）-15 -附錄三元器件清單表4兀器件清單序名型號(hào)參數(shù)備