數(shù)字電子技術(shù)：交通燈控制電路設(shè)計

1、. z.- - - z - 課程設(shè)計報告課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計題目： 交通燈控制電路設(shè)計 院 系：班 級：設(shè) 計 者：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc345236944一、設(shè)計目的 PAGEREF _Toc345236944 h 2HYPERLINK l _Toc345236945二、設(shè)計要求和設(shè)計指標(biāo) PAGEREF _Toc345236945 h 2HYPERLINK l _Toc345236946三、設(shè)計容 PAGEREF _Toc345236946 h 2HYPERLINK l _Toc3452369473.1 總體設(shè)計 PA

2、GEREF _Toc345236947 h 2HYPERLINK l _Toc345236948交通燈控制的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc345236948 h 2HYPERLINK l _Toc345236949總原理圖 PAGEREF _Toc345236949 h 4HYPERLINK l _Toc3452369503.2 單元電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc345236950 h 5HYPERLINK l _Toc345236951秒脈沖發(fā)生器 PAGEREF _Toc345236951 h 5HYPERLINK l _Toc345236952定時器 PAGEREF _Toc345

3、236952 h 5HYPERLINK l _Toc345236953譯碼電路 PAGEREF _Toc345236953 h 6HYPERLINK l _Toc345236954控制器 PAGEREF _Toc345236954 h 7HYPERLINK l _Toc345236955顯示局部 PAGEREF _Toc345236955 h 9HYPERLINK l _Toc3452369563.3 仿真結(jié)果與分析 PAGEREF _Toc345236956 h 10HYPERLINK l _Toc345236957四、總結(jié) PAGEREF _Toc345236957 h 10HYPERLI

4、NK l _Toc345236958五、主要參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc345236958 h 11交通燈控制電路設(shè)計一、設(shè)計目的由一條主干道和一條支干道的集合點(diǎn)形成十字穿插路口，為確保車輛平安、迅速地通行，在穿插路口的每個入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮制止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時間?？吭诮芯€。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。二、設(shè)計要求和設(shè)計指標(biāo)1用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。2當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時，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3

5、0s和20s計時顯示電路。4在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮5s的黃燈作為過渡，設(shè)置5s計時顯示電路。三、設(shè)計容3.1 總體設(shè)計3.1.1交通燈控制的實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等局部組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器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，控制區(qū)是系統(tǒng)的主要局部，由它控制定時器和譯碼器的工作。秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器定時器控制器譯碼器甲車道信號燈乙車道信號燈圖1 系統(tǒng)的原理框圖設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0，當(dāng)S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0,控制器保持S0不變

6、。只有當(dāng)S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。如圖2所示：TLTLAGBRSTSTAYBRTYARBYTYSTSTAGBRTL圖2 交通燈的ASM圖3.1.2U1U2U3U4U5:AU6:AU7:AU7:BU7:CU8U9U10:AU10:BU11:AU11:BU11:CU11:DR1C1R2R3R4R5R6R7D1D2D3D4D5D6U12C2C3R8R9圖3 總原理圖3.2 單元電路的設(shè)計3.2.1脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8、R9、C3的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)C2ln2當(dāng)T=

7、1S，即可湊出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是為了保持輸出的波形的穩(wěn)定。 如圖4所示，R9、C3組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個方波信號，C3上得到一個三角波，此三角波送到NE555的2腳輸入端，由NE555部的比擬器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號和3腳上的輸出方波。圖4 脈沖信號發(fā)生器原理圖3.2.2定時器由與系統(tǒng)脈沖信號由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開場進(jìn)展增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)展設(shè)計。7

8、4LS160是十進(jìn)制同步加法計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。設(shè)計圖如圖5所示：圖5 交通燈定時器其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS160的清零端9處。如下圖：輸入端4，4，5，6分別接地。U1的7和10由U2的11、14經(jīng)過與門相與后相連。即：只有當(dāng)時11、14處產(chǎn)生一個高電平脈沖時才能觸發(fā)U1中的14產(chǎn)生脈沖。當(dāng)U13C74LS04的ST信號分別送給U1和U2的LOAD。就可以得到TY和TY非是秒脈沖的5倍：TL和TL非的結(jié)果是秒脈沖的25倍。3.2.3譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出Q1、Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯?/p>

9、狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表1所示。表1 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表Q1 Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈BR紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CLK脈沖，一局部送給了定時器的74LS160芯片，另一局部送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS160芯片的情況下，通過芯片74LS10將會輸出TY、TY非。即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結(jié)果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將定時器輸出的TY、TY非、TL、TL非分別作用于控制器的芯片

10、74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會輸出上下變化的電平?？刂破髦械男盘栐谒徒o由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過小燈的正常閃爍來實(shí)現(xiàn)。電路設(shè)計如圖6：圖6 譯碼器局部原理圖3.2.4控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表2所示。選用兩個D觸發(fā)器74LS74作為時序存放器產(chǎn)生4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1=00狀態(tài)時，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)；否則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+

11、1=01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項*表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。表2 控制器狀態(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 TYQ1n+1Q0n+1ST001111 11 01 00 * 0* 10 *1 * 0* 10 00 10 11 11 11 01 00 001010101根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q1n+1 、Q0n+1 和ST為1的項所對應(yīng)的輸入或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中1用原變量表示，0用反變量表示，然后將各與項相或。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實(shí)現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)

12、器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號，即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能?？刂破髟韴D如圖7所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。由兩個雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153和一個雙D觸發(fā)器74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài)，多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)4重狀態(tài)的相互交換。圖7 交通燈控制器其原理為：CLK分別送給U6A和U6B的3和11的清零端。將TY接入U4的5和U5的4和5；TY非接入U4的4。如上圖所示：74LS74兩個D觸發(fā)器作為時序存放器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實(shí)現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號，即可實(shí)現(xiàn)控制器的功

13、能。3.2.5顯示局部由74LS48的共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作為譯碼器，對74LS160的輸出信號進(jìn)展譯碼，然后通過七段數(shù)碼管顯示出74LS160的計數(shù)。即交通燈需要顯示的時間。其設(shè)計圖如圖8：圖8 由74LS48和數(shù)碼管組成的電路3.3 仿真結(jié)果與分析首先連接調(diào)試秒脈沖電路。其次進(jìn)展定時電路的連接和調(diào)試。當(dāng)輸入1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進(jìn)展增計時，當(dāng)增計時到25秒時，能輸電有效的定時時間到信號。判斷各局部電路之間的時序配合關(guān)系，然后檢查各局部的功能，使其滿足設(shè)計要求。當(dāng)電路檢查無誤后，開場播放，便可以進(jìn)展交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時間定為25秒。時間顯示器從預(yù)置的0秒，以每秒增1，增到25時換為0時，紅燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0時，甲車道又由黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，乙車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。由此循環(huán)下去。四、總結(jié)剛開場拿到題目時，真的是無從下手，因為自己對這門課不是則的熟悉，學(xué)的也不是很好，做課程設(shè)計時，只能不斷的翻書或查資料。這次課程設(shè)計，加強(qiáng)了我動手、思考和解