交通燈控制電路設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目名稱 交通燈控制電路設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)院 物理與光電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 13電子科學(xué)與技術(shù)1班 學(xué) 號(hào) 3113008268 學(xué)生姓名 李玉祥 指導(dǎo)教師 陳元電 2014年06月 29 日1 設(shè)計(jì)題目摘要 1.1 選題B：交通燈控制電路設(shè)計(jì) 由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間停靠在禁行線內(nèi)。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動(dòng)指揮對(duì)城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。1.2&#

2、160;設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。 （2）當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。 （3）主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。設(shè)計(jì)30s和20s計(jì)時(shí)顯示電路。 （4）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要亮5s的黃燈作為過(guò)渡，設(shè)置5s計(jì)時(shí)顯示電路。 2 原理電路和程序設(shè)計(jì) 2.1 方案比較 方案一：秒脈沖發(fā)生器使用晶振產(chǎn)生，數(shù)碼管使用共陽(yáng)極7段數(shù)碼管，計(jì)數(shù)器利用時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。 方案二：秒脈

3、沖發(fā)生器使用555定時(shí)器，數(shù)碼管使用共陰極7段數(shù)碼管，減法計(jì)數(shù)器使用MSI的74LS190。 由于交通燈計(jì)數(shù)器不需要很精確的秒脈沖，而且555定時(shí)器如果利用進(jìn)度高的小型電位器的話也可以達(dá)到很高的精度，而且不需要分頻器；直接利用觸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器的話工作量大，而且電路復(fù)雜，話費(fèi)多，所以使用集成芯片74LS190來(lái)作為計(jì)數(shù)器。74LS190是高電平輸出，故使用共陰極的數(shù)碼管。2.2 整體電路2.3 單元電路設(shè)計(jì)及工作原理分析 實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的控制器整體結(jié)構(gòu)，如圖所示。30S,20S,5S計(jì)時(shí)器時(shí)鐘信號(hào)主 控 制 器顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路支干道信號(hào)燈主干道信號(hào)燈3電路設(shè)

4、計(jì)計(jì)算與分析 3.1時(shí)鐘脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 時(shí)鐘脈沖信號(hào)由555定時(shí)器與相應(yīng)大小的電阻和電容連接而成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生。由于電路中需要的脈沖信號(hào)周期為1S，如果選用的電容分別是10UF和0.01UF，則根據(jù)周期計(jì)算公式T=(R1+2R2)CLN2，可得到R1+2R2的阻值為151K歐，因此我們令R1等于39K歐，R2等于51K歐，則連接而成的由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如下圖所示。3.2主控制器主控電路是本課題的核心，主要控制30s、20s、5s三個(gè)定時(shí)器，它的輸出一方面經(jīng)譯碼后分別控制主干道和支干道的三個(gè)信號(hào)燈，另一方面控制定時(shí)電路啟動(dòng)。主控電路屬于時(shí)序邏輯電路，可采用狀態(tài)

5、機(jī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。主干道和支干道各自的三種燈（紅、黃、綠），正常工作時(shí)，只有4種可能，即4種狀態(tài)：主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動(dòng)30s定時(shí)器，狀態(tài)為S0；主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器， 狀態(tài)為S1；主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動(dòng)20s定時(shí)器，狀態(tài)為S2；主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器，狀態(tài)為S3。四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5： 主綠燈支紅燈亮主黃燈支紅燈亮主紅燈支綠燈亮主紅燈支黃燈亮已過(guò)5sS0S1S2S3未過(guò)30s已過(guò)30s已過(guò)20s未過(guò)20ss未過(guò)5s未過(guò)5s已過(guò)5s圖5交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可用2個(gè)JK觸發(fā)器表達(dá)上述四種狀態(tài)的分配和轉(zhuǎn)換。 3.3

6、計(jì)時(shí)器電路 計(jì)時(shí)器電路是本次設(shè)計(jì)中做復(fù)雜也最為關(guān)鍵的一部分，這一部分又可以分為輸出和輸入兩部分。輸入的信號(hào)除了秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)以外，更重要的是主控電路對(duì)其輸入的置數(shù)信號(hào)。輸出信號(hào)為三部分，分別是主次干道的計(jì)時(shí)顯示電路、置數(shù)端開(kāi)關(guān)控制信號(hào)、主控電路的脈沖控制信號(hào)。 （1）百進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路 這一部分我們選用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74LS190D級(jí)聯(lián)而成。74LS190D可以實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)，由U/D控制，當(dāng)輸入為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，反之則為減計(jì)數(shù)，本次設(shè)計(jì)選用減計(jì)數(shù)，因此U/D端輸入始終為高電平。CTEN端為擴(kuò)展功能端，接入低電平時(shí)正常工作，級(jí)聯(lián)接線如圖3-4所示。&#

7、160;      （2）置數(shù)端開(kāi)關(guān)信號(hào)與主控器脈沖信號(hào)輸出電路 當(dāng)計(jì)數(shù)器每完成一個(gè)狀態(tài)的計(jì)數(shù)后，需要打開(kāi)自己的置數(shù)端接受主控器下一個(gè)狀態(tài)的置數(shù)，同時(shí)輸出脈沖送往主控器使其產(chǎn)生新的狀態(tài)。由于每完成一個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)，計(jì)時(shí)器都會(huì)有一個(gè)低電平進(jìn)位輸出，我們可以將這個(gè)低電平送往置數(shù)端開(kāi)關(guān)端口打開(kāi)置數(shù)端，同時(shí)反向后送往主控器切換狀態(tài)。但由于進(jìn)位輸出信號(hào)過(guò)于短暫，可能使主控器電路來(lái)不及反應(yīng)就消失，造成電路不穩(wěn)定。為了解決這一個(gè)問(wèn)題，使進(jìn)位輸出信號(hào)有足夠的寬度，我們想到用基本RS觸發(fā)器組成反饋置數(shù)電路，由于進(jìn)位輸出信號(hào)是低電平，所以反饋電路可

8、設(shè)計(jì)如圖3-5所示。         圖3-5  基本RS觸發(fā)器組成的進(jìn)位輸出電路3.4計(jì)時(shí)器顯示電路 在本次設(shè)計(jì)中，主道和次道的計(jì)時(shí)顯示電路我們僅僅用數(shù)碼顯示管DCD_HEX來(lái)完成，用于計(jì)時(shí)狀態(tài)的顯示，主道于此道顯示器接法相同，如圖3-9所示。3.5元件選擇序號(hào)名稱型號(hào)參數(shù)數(shù)量備注1加/減法計(jì)數(shù)器74LS190D22七段數(shù)碼管DCD-HEX434位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS163D143線8線譯碼器74LS138D15反相器74LS04D46或門(mén)74LS32D37與門(mén)74LS08D28或非

9、門(mén)74LS08D29電阻150K210電阻51K111電阻39K112電容1uF213電容10uF114電容10nF115555計(jì)時(shí)器LM555CM116發(fā)光二極管大2紅色17發(fā)光二極管大2黃色17發(fā)光二極管大2綠色4電路和程序調(diào)試過(guò)程與結(jié)果4.1主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動(dòng)20s定時(shí)器4.2主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器4.3主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動(dòng)30s定時(shí)器4.4主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器5總結(jié)5.1作品的優(yōu)點(diǎn)1）實(shí)驗(yàn)仿真作品基本符合本課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求2）實(shí)驗(yàn)所用元器件不多，連線較簡(jiǎn)單5.2作品的缺點(diǎn) 1）實(shí)驗(yàn)亮燈順序是:主紅燈和支綠燈亮

10、，支干道通行，啟動(dòng)20s定時(shí)器 主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器 主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動(dòng)30s定時(shí)器 主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器與實(shí)驗(yàn)要求有些差異。 2）實(shí)驗(yàn)數(shù)碼管控制電路只在主干道有，支干道的數(shù)碼顯示還是由主干道的數(shù)碼控制電路。一旦主干道的數(shù)碼管控制電路損壞，主支干路的數(shù)碼管都不能顯示，給交通帶來(lái)極大不便。 5.3實(shí)驗(yàn)心得通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)這次電路設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，使得我對(duì)數(shù)字電路更感興趣，并且，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，積極去查閱資料，不僅學(xué)會(huì)了 獨(dú)立思考，而且學(xué)會(huì)了在遇到困難的時(shí)候不慌忙，不亂陣腳，仔細(xì)查找問(wèn)題。更好的提高了自己的動(dòng)手能力，還主動(dòng)幫助同學(xué)查找問(wèn)題。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。