數(shù)電交通燈設(shè)計完整更完整

1、安徽工程大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 趙嘉凝 專業(yè)班級： 計算機(jī)112班 指導(dǎo)教師： 裴瑞平 學(xué)院： 計算機(jī)與信息學(xué)院 題 目: 交通燈控制器 1安徽工程大學(xué)前言在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益增長，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。因此，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通信號燈常用與交叉路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，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，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)，設(shè)計方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化、科學(xué)化、簡便化。尤其是近幾年來，隨著電子與計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子

2、電路分析和設(shè)計方法有了很大的改進(jìn)，電子設(shè)計自動化也已經(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)計提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。本設(shè)計通過采用數(shù)字電路對交通燈控制電路的設(shè)計,提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車輛和行人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。因此，在本次課程設(shè)計里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計方法為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計交通控制信號燈。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計目的是培養(yǎng)數(shù)字電路的能力，掌握交通信號燈控制電路的設(shè)計方法。設(shè)計要求： 1.分別用紅、黃、綠發(fā)光二極管表示信號燈； 2.定周控制：主干道綠燈30秒，支干道綠燈20秒; 3.每次由綠燈變?yōu)?/p>

3、紅燈時，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡； 4.設(shè)計計時顯示電路。最后，由于所學(xué)知識有限以及自身的許多不足，設(shè)計中難免出現(xiàn)錯誤，請老師批評指正。 目錄第一章 系統(tǒng)概述51.1 系統(tǒng)概述51.2 交通燈邏輯分析51.3總體設(shè)計方案5第二章 單元電路設(shè)計與分析82.1秒脈沖信號發(fā)生器的設(shè)計82.2定時器的設(shè)計102.3 控制器的設(shè)計12 2.4 顯示電路的設(shè)計16第三章 結(jié)束語193.1 系統(tǒng)綜述：193.2 總結(jié)及心得體會203.3 芯片介紹203.4 總體電路圖 見附圖223.5 元器件明細(xì)表23鳴謝23參考文獻(xiàn)24摘要： 交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，減少交通事

4、故。交通燈控制器主要由控制器、秒脈沖發(fā)生器、定時器、譯碼顯示電路及信號燈組成?？刂破饔?4LS153與74LS74來實(shí)現(xiàn)，脈沖發(fā)生器用晶體震蕩器產(chǎn)生，計數(shù)器采用兩個74161來實(shí)現(xiàn)，顯示電路經(jīng)過74LS192的倒計數(shù)、七段顯示譯碼器7447及七段數(shù)碼顯示器連接起來實(shí)現(xiàn)?？刂破魍ㄟ^RT對定時器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字的顯示及綠、黃、紅燈的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵字： 交通燈、控制器、秒脈沖發(fā)生器、定時器、譯碼顯示電路、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、主支干道。設(shè)計要求： 1、設(shè)計一個十字路口的交通信號燈控制電路，要求有一條主干道和一條支干道組成的兩條交叉道路上的車輛交替通行在每條道路的入口處設(shè)置紅、黃、綠三色信號燈，紅燈亮表示禁止

5、通行，綠燈亮表示允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。定周控制：主干道綠燈30秒，支干道綠燈20秒； 2、每次由綠燈變?yōu)榧t燈時，應(yīng)有5秒黃燈亮作為過渡； 3、分別用紅、黃、綠發(fā)光二極管表示信號燈； 4、設(shè)計計時顯示電路。 第一章 系統(tǒng)概述1.1 系統(tǒng)概述： 系統(tǒng)由秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示器、信號燈顯示器五大部分組成。其中秒脈沖信號發(fā)生器用于給各個組成部分提供脈沖信號，通過定時器向控制器發(fā)出三種定時信號，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，分別產(chǎn)生三種倒計時時間顯示，控制器根據(jù)定時器的信號，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)

6、變。1.2 交通燈邏輯分析： 圖1表示位于主干道和支干道的十字路口交通燈系統(tǒng)，每條道路設(shè)一組信號燈，每組信號燈由紅、黃、綠3個燈組成，綠燈表示允許車輛通行，紅燈表示禁止通行，黃燈為過渡燈，表示該車道上已過停車線的車輛繼續(xù)通行，未過停車線的車輛禁止通行。1.3 總體設(shè)計方案： 圖1為交通燈的一個整體設(shè)計框圖。系統(tǒng)主要由秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼器、信號燈顯示器組成。其中控制器是核心部分，由它控制定時器和譯碼器的工作，而秒脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生定時器和控制器所需的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號，譯碼器輸出兩路信號燈的控制信號。 圖中TL、TS、TY為定時器的輸出信號，ST為控制器的輸出信號。MG、MY、MR

7、分別表示主干道綠、黃、紅三色燈，NG、NY、NR分別表示支干道綠、黃、紅三色燈。當(dāng)某車道綠燈亮?xí)r，允許車輛通行，同時定時器開始計時，當(dāng)達(dá)到指定時間時，TL輸出為1，否則TL輸出為0；當(dāng)某車道黃燈亮后，定時器開始計時，當(dāng)計時到5秒時，TY輸出為1，否則TY0；當(dāng)某車道紅燈亮?xí)r，定時器開始計時，當(dāng)計時到指定時間時，TS輸出為1，否則TS0。 因此，用定時器分別產(chǎn)生三個時間間隔后，向控制器發(fā)出“時間已到”的信號，控制器根據(jù)定時器的信號，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ST，定時器開始清零，準(zhǔn)備重新計時。 交通燈控制器的控制過程分為四個階段，對應(yīng)的輸出有四種狀態(tài)，分別用S0、S

8、1、S2、S3表示。 S0狀態(tài)：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許車輛通行，主干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道綠燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個狀態(tài)。 S1狀態(tài)：主干道黃燈亮，主干道紅燈亮，此時主干道允許超過停車線的車輛繼續(xù)通行，而未超過停車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當(dāng)主干道黃燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個狀態(tài)。 S2狀態(tài)：主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許車輛通行，當(dāng)支干道綠燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個狀態(tài)。 圖1 交通燈系統(tǒng)框圖 S3狀態(tài)：支干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此

9、時主干道禁止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。當(dāng)支干道紅燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，系統(tǒng)進(jìn)入下一個狀態(tài)-S0狀態(tài)。 S0、S1、S2、S3狀態(tài)分別分配狀態(tài)編碼為00、01、11、10，由此得到控制器的狀態(tài)，如表1，表2所示。 表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)主干道支干道時間（s） S0 綠燈亮，允許通行 紅燈亮，禁止通行 30S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行5S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行20S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車5 圖2畫出了控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其中TL、TS、TY為控制器的輸入信號，ST為控制器的輸出信號。 第二章 單元電路設(shè)計與分

10、析2.1. 秒脈沖信號發(fā)生器的設(shè)計：方案一：本實(shí)驗(yàn)采用555定時器組成秒脈沖信號發(fā)生器。因?yàn)樵撾娐返妮敵雒}沖的周期T0.7(R1+2R2)C,若T=1s，令C=10f，R1=39K,那么R251K。取一固定電阻47K與一個5K的電位器想串聯(lián)代替電阻R2。在調(diào)試電路時，調(diào)節(jié)電位器RP ，使輸出脈沖周期為1s。如圖3.1所示： 圖3.1秒脈沖信號發(fā)生器 方案二： 用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器，如圖3.2。 先用石英晶體振蕩器和若干電阻電容組成頻率為32768Hz的信號發(fā)生器，再用十四位二進(jìn)制計數(shù)器CD4060 14進(jìn)行14分頻使其成為2Hz的信號，最后用D觸發(fā)器進(jìn)行2分頻，使其成為

11、頻率為1Hz的秒脈沖信號。 圖3.2 石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器 方案選擇： 本設(shè)計中由于用秒脈沖信號作為計數(shù)器的計時脈沖，其精度會影響計數(shù)器的精度，進(jìn)而影響控制系統(tǒng)的精度，因此要求秒脈沖信號具有比較高的精度，為提高精度可先做一個頻率比較高的矩形波振蕩器，然后將其輸出信號分頻，就可以得到頻率較低而精度比較高的脈沖信號發(fā)生器。用石英晶體構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器不需要外加輸入信號，而且其脈沖頻率很穩(wěn)定，起振快、時基精度高，它的工作頻率僅決定于石英晶體的振蕩頻率，而與電路中的R、C的數(shù)值無關(guān)。 綜上考慮，在實(shí)際應(yīng)用中秒脈沖信號發(fā)生器的設(shè)計選用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成秒脈沖信號發(fā)生器。但

12、由于本次設(shè)計是基于multisim10.1軟件的，而multisim10.1上不支持石英晶體振蕩器，所以在仿真過程中可以使用555定時器構(gòu)成的秒脈沖觸發(fā)器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用RC多諧振蕩器構(gòu)成的電路來提供秒脈沖。 2.2. 定時器的設(shè)計：方案一： 用74LS193直接構(gòu)成減計數(shù)器，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST的作用下，計數(shù)器以減計數(shù)向控制器提供M5、M25、M45的信號，即TY、TS、TL的時間信號。方案二： 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計數(shù)器74161構(gòu)成，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST作用下，計數(shù)器從零開始計數(shù)，并向控制器提供M5、M25、M45信號，即TY

13、、TS、TL的時間信號。方案選擇：74LS193是雙時鐘同步二進(jìn)制可逆計數(shù)器，用它進(jìn)行減計數(shù)與數(shù)字顯示倒計時相符合。然而必須在輸入端輸入數(shù)字，因此向控制器提供M5、M25、M45的信號需要5片74LS193。而用74161可以級聯(lián)，只需要2片即可向控制器提供M5、M25、M45的信號，倒計數(shù)可在數(shù)字顯示電路中實(shí)現(xiàn)。用74161節(jié)省材料，節(jié)約成本，而且由于經(jīng)常應(yīng)用，因而使用起來較方便。因而選擇方案（）。當(dāng)系統(tǒng)處于S0狀態(tài)為滿足支干道綠燈亮夠30秒，要將M45的輸出端反饋到使能端EP、ET，使它記到44時停止計數(shù)，然后轉(zhuǎn)換到S1狀態(tài)。而且要求計數(shù)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST的作用下，首先清零，然后開始計數(shù)

14、。電路如圖4所示： 2.3. 控制器的設(shè)計： 列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如圖所示。選用兩個觸發(fā)器作為時序寄存器產(chǎn)生四種狀態(tài)，控制器的轉(zhuǎn)換條件為TL、TY及TS，當(dāng)控制器處于Q1nQ0n = 00 狀態(tài)時，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL=1，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1=01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY和TS無關(guān)，所以無關(guān)項(xiàng)用“”表示。其余情況依次類推，同時列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 Q1nQ2nTLTSTYQ1n+1Q2n+1說明0000維持S00000000101由S0 S1 01001維持S101110 由S1 S210010維持S210111由S2 S311011維持S311100

15、 由S3 S0 表 2 邏輯賦值后的狀態(tài)表 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Q1nQ0nTL TY TSQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 1 0 1 0 1 0 1 0 00 10 11 11 11 01 00 001010101根據(jù)表2，寫出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號方程為： 用四選一數(shù)據(jù)選擇器和D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，設(shè)A1A0 = Q1nQ0n ，其他變量通過數(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)計中將觸發(fā)器的輸出看作邏輯變量，將TL、TS、TY看作輸入信號，按照由數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯

16、函數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)以上三個邏輯函數(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可以根據(jù)狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程得出。就可得到控制器的原理圖，觸發(fā)器的時鐘輸入端輸入秒脈沖。 系統(tǒng)的輸出是在Q1Q0驅(qū)動下的六個發(fā)光二極管，各狀態(tài)與信號燈的關(guān)系由表2給出，因此，得到二極管信號與控制器狀態(tài)變量的關(guān)系為： 主干道： MR= Q1 支干道： NG=Q1Q0 表3 信號燈與控制器狀態(tài)編碼表狀態(tài)MG MY MR NG NY NRS0S1S2S31 0 0 0 0 10 1 0 0 0 10 0 1 1 0 00 0 1 0 1 02.4、顯示電路的設(shè)計： 交通燈的數(shù)字顯示采用倒計時，因而應(yīng)

17、采用減計數(shù)器。 方案（）：采用74LS193進(jìn)行減計數(shù)，然后將輸出接到七段顯示譯碼器上。方案（）：采用74LS192進(jìn)行減計數(shù)，然后將輸出接到七段顯示譯碼器上。 74LS193是二進(jìn)制計數(shù)器，而74LS192是十進(jìn)制計數(shù)器。由于顯示的是由個、十位構(gòu)成的數(shù)，因而用十進(jìn)制計數(shù)器較好，選擇方案（）。每個干道需要兩位數(shù)字顯示，由于用減計數(shù)器，因而每個干道需要5片74LS 192，由表3可看出主干道74LS192 應(yīng)該向七段顯示譯碼器提供M45（S0狀態(tài)）、M5（S1狀態(tài)）、M30（S2、S3狀態(tài)）的倒計數(shù)，而支干道74LS192應(yīng)該向七段顯示譯碼器提供M50（S0. S1狀態(tài)）、M25（S2狀態(tài)）、M

18、5（S3狀態(tài)）的倒計數(shù)。74LS192的RD、LD端由Q1、Q0來控制，根據(jù)S0S3狀態(tài)改變Q1、Q0從而控制RD、LD端，使它們進(jìn)行減計數(shù)和清零。CPD端輸入秒脈沖信號，而CPU端輸入高電平。 電路如圖6、7所示。第三章 結(jié)束語3.1 系統(tǒng)綜述：通過分析交通燈控制系統(tǒng)的要求可知，整個系統(tǒng)主要由秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示器構(gòu)成。其中，秒脈沖信號發(fā)生器由石英晶體振蕩器及由14分頻器CD4060芯片和一個D觸發(fā)器共同構(gòu)成的分頻電路組成；定時器由兩片異步四位二進(jìn)制計數(shù)器74LS161芯片、三片D觸發(fā)器及若干與非門、非門、與門共同組成；控制器由三片數(shù)據(jù)選擇器74LS153及兩片D觸發(fā)器

19、芯片構(gòu)成；譯碼顯示器由十片74LS192、四片譯碼管驅(qū)動芯片7447和四個七段數(shù)碼管構(gòu)成。驅(qū)動電路的工作。主控制器和定時計數(shù)器必須使用同一脈沖信號，譯碼電路輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作?？刂齐娐肥窍到y(tǒng)的主要部分，由它控制定時計數(shù)電路和譯碼驅(qū)動電路的工作能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈四種狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。3.2 總結(jié)及心得體會： 這次課程設(shè)計老師給了我們很長時間準(zhǔn)備，經(jīng)過網(wǎng)上產(chǎn)找和書本上的一些資料，此次課程設(shè)計歷時整整一個星期。通過這一個星期的課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，明白可自己的知識遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是非常的缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。在

20、課程設(shè)計過程中，光有理論知識是不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識。剛開始的時候，真的是一塌糊涂，什么都不會，整個人也很煩躁。但是后來積極查詢相關(guān)資料，并且經(jīng)常問同學(xué)各個方案的可行性。而這次設(shè)計鍛煉我多方面的技能，這也是非常寶貴的。本次課程設(shè)計也鞏固和加深了我對電子線路基本知識和理解，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，增強(qiáng)了根據(jù)課程需要選學(xué)參考資料，查閱手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。然后深入研究，提出方案，對比后得出最終的可行方案。同時我也初步學(xué)習(xí)到了關(guān)于課程設(shè)計的基本方法、步驟和撰寫設(shè)計論文的格式。通過這次課程設(shè)計，我想說：“為完成這次課程設(shè)計雖然有苦有累，但是很滿足、很珍貴。對我而言，知識上的收

21、獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！51-論文-網(wǎng)-歡迎您3.3 芯片介紹：1、74LS192芯片 74LS192為加減可逆十進(jìn)制計數(shù)器，CPU端是加計數(shù)器時鐘信號，CPD是減計數(shù)時鐘信號RD=1時無論時鐘脈沖狀態(tài)如何，直接完成清零功能。RD=0，LD=0時，無論時鐘脈沖狀態(tài)如何，輸入信號將立即被送入計數(shù)器的輸出端，完成預(yù)置數(shù)功能。其功能表如下表所示： 表 4 74LS192功能表CPU CPD RD L