交通燈控控制器2

本文格式為Word版，下載可任意編輯——交通燈控控制器2

課程設(shè)計說明書

課程設(shè)計名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計

課程設(shè)計題目：交通燈控制器

學(xué)院名稱：信息工程學(xué)院

專業(yè)：通信工程班級：090421

學(xué)號：22姓名：萬劉蟬

評分：教師：徐新河

2011年9月25日

1

數(shù)字電路課程設(shè)計任務(wù)書

2011－2012學(xué)年第1學(xué)期第2周－3周

題目交通燈控制器內(nèi)容及要求1.采用時基電路、主控電路、譯碼電路組成的交通燈控制器2.增加自動夜間開關(guān)功能，黃燈亮(使用光敏三極管)3.增加手動功能，便利盲人通過進(jìn)度安排1.布置任務(wù)、查閱資料、選擇方案，領(lǐng)儀器設(shè)備：3天；2.領(lǐng)元器件、焊接、制作：3天3．調(diào)試：2天4.驗(yàn)收：0.5天5.提交報告：本學(xué)期3～7周學(xué)生姓名：萬劉蟬指導(dǎo)時間:第1～2周任務(wù)下達(dá)考核方式指導(dǎo)教師

2011年09月10日任務(wù)完成指導(dǎo)地點(diǎn)：E樓601室2023年09月17日1.評閱□√2.辯論□√3.實(shí)際操作□√4.其它□√徐新河系（部）主任付崇芳

2

摘要

交通信號燈常用于交織路口，用來控制車輛的流量，提高交織路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設(shè)計主要由定時器、控制器、譯碼顯示電路組成。定時器由74LS160實(shí)現(xiàn)，控制器由74LS153和74LS74組成，譯碼電路采用74LS48和七段數(shù)碼管來顯示?？刂破魍ㄟ^信號對定時器進(jìn)行控制，從而顯示紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵字：交通燈定時器譯碼器控制器

3

目錄

前言…………………5第一章設(shè)計內(nèi)容及要求…………6其次章系統(tǒng)設(shè)計方案選擇..…………………...…6

2.1方案一……………………72.2方案二……………………8第三章系統(tǒng)組成及工作原理……………….…..9

3.1系統(tǒng)組成………………...93.2工作原理………………...9第四章單元電路設(shè)計…11

4.1脈沖產(chǎn)生電路………114.2控制電路……………124.3時間設(shè)置電路…..……………………...134.4計數(shù)電路……………154.5顯示輸出電路……………………154.6紅黃綠燈控制電路……………………..17第五章試驗(yàn)、調(diào)試及測試結(jié)果分析……19結(jié)論………………..23

第一章設(shè)計內(nèi)容及要求

〖基本要求〗

1)用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)下面功能

圖1.1交通燈控制器控制流程圖南北向紅燈亮，東西向綠燈亮6S南北向黃燈亮，東西向紅燈亮6S南北向綠燈亮，東西向紅燈亮30S南北向紅燈亮，東西向綠燈亮30S

2)增加自動夜間開關(guān)功能，黃燈亮(使用光敏三極管)3)增加手動功能，便利盲人通過〖提高要求〗1)要求顯示剩余時間2)增加拐彎時序

〖主要參考元器件〗：74LS74，74LS00，74LS168，74LS248，74LS164，74LS08

6

其次章系統(tǒng)設(shè)計方案選擇

2.1方案一

此方案規(guī)律明了，通過計數(shù)器和組合規(guī)律電路來控制主次紅黃綠燈的亮與滅，在交通燈亮滅的同時，再通過組合電路來控制主次道的計數(shù)，譬如計數(shù)器通過組合規(guī)律電路使紅燈亮，同時通過組合電路使主道開始計數(shù)。

此電路的缺點(diǎn)：由于主次道紅黃綠燈的時序要求不同，通過計數(shù)器和組合規(guī)律電路來控制主次道紅綠燈的亮滅會是組合規(guī)律電路變得很繁雜，主次道實(shí)現(xiàn)定時倒計數(shù)比較困難，而且為接近實(shí)際狀況應(yīng)當(dāng)設(shè)置置數(shù)控制來對等亮滅的時間進(jìn)行調(diào)整等，對圖1的原理框圖來說，每一次調(diào)整都需要重新改編組合規(guī)律電路，這個過程相當(dāng)繁雜。

7

2.2方案二

該方案思路明了明白，本方案中秒脈沖信號同時接入計數(shù)電路可以保證倒計時電路時序的同時性。通過開關(guān)控制控制電路的初始狀態(tài)，控制電路通過不同的狀態(tài)來控制倒計數(shù)電路的置數(shù)，然后倒計數(shù)電路反饋信號改變控制電路的狀態(tài)，進(jìn)而改變倒計數(shù)電路的置數(shù)，如此循環(huán)。預(yù)置電路可以隨時更改紅黃綠的亮滅的時間，也可以控制燈紅黃綠燈哪個先亮，實(shí)現(xiàn)了電路的可控制性，更接近實(shí)際狀況。

相對來講，其次個放案原理更明了，可操作性更強(qiáng)，也更符合實(shí)際狀況，應(yīng)選擇其次個方案。

8

倒計時電路顯示電路控制電路預(yù)置電路秒脈沖發(fā)生器開關(guān)控制倒計時電路顯示電路控制電路預(yù)置電路

第三章系統(tǒng)的組成及工作原理

3.1系統(tǒng)的組成

本次系統(tǒng)主要由：控制電路，預(yù)置電路，倒計時及顯示電路，秒脈沖發(fā)生器開關(guān)控制電路。

1.脈沖產(chǎn)生電路。

設(shè)置好參數(shù)R1,R2和C就可以產(chǎn)生交通燈控制器所需要的1秒的脈沖。2.預(yù)置電路。

因十字路口每個方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間分別為30,6,36秒，所以南北方向通過4片74ls153芯片分別在X0,X1,X2接上00110000,00000100,00110100即可，東西方向通過4片74ls153芯片分別在X0,X1,X2接上00110100,00110000,00000100即可，從而實(shí)現(xiàn)南北向依次綠、黃、紅燈所亮?xí)r間分別為30,6,36秒，東西向依次紅、綠、黃燈燈所亮?xí)r間分別為36,6,30秒。

3.系統(tǒng)控制電路。

選用74LS112JK觸發(fā)器組成00-01-10-00循環(huán)狀態(tài)控制交通燈的亮滅和數(shù)碼管的顯示。4.倒計時及顯示部分電路。

倒計時及顯示控制部分實(shí)際上是一個定時控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器開始工作，每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1，直到計數(shù)器為“0〞而中止。譯碼顯示用74LS248BCD碼七段譯碼器。顯示器用LC5011-11共陰極LED顯示器，計數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計數(shù)器，如74LS192。

5.開關(guān)控制電路。

通過手動撥動開關(guān)定向控制各個方向上的紅綠燈從而實(shí)現(xiàn)盲人模式。

3.2工作原理

它主要由控制器、定時器、預(yù)置數(shù)器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，同時也是黃燈閃爍的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，預(yù)置數(shù)器控制定時器的時間周期，譯碼器接收定時器的信號后經(jīng)譯碼直接驅(qū)動數(shù)碼管工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器，預(yù)置數(shù)器的工作。

控制器部分它南北，東西方向分別由兩個JK觸發(fā)器組成，可用74ls112，通過組合連接使這兩個JK觸發(fā)器的輸出Q1,Q2分別為00-01-10-00的循環(huán)狀態(tài)，然后把這三種狀態(tài)依次輸入到74ls153組成的預(yù)置數(shù)器中，從而使預(yù)置數(shù)器輸出預(yù)置的數(shù)經(jīng)定時器，從而定時器按預(yù)置的數(shù)進(jìn)行倒計時后經(jīng)譯碼輸出十字路口南北、東西兩個方向的數(shù)值顯示。另一方面控制器直接控制南北，東西方向的紅，綠，黃燈的亮滅，其中

9

黃燈信號必需滿足閃爍，并在夜間時，使黃燈閃亮，而綠、紅燈滅。

10

第四章單元電路設(shè)計參數(shù)計算器件選擇

4.1脈沖產(chǎn)生電路：用555，電阻，電容產(chǎn)生

圖4-1脈沖產(chǎn)生電路及仿真圖

使用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，使得f=1HZ。先將555定時器接成施密特觸發(fā)器的結(jié)

11

構(gòu)，即將2，6端并聯(lián)，再與RC構(gòu)成的充放電電路的串聯(lián)點(diǎn)連接，將7端接到放電點(diǎn)。

，要使得f=1HZ12，所以可令C=10uF,R1=15KΩ,R2=68KΩ,將數(shù)據(jù)代入到公式可得f約等于1HZ。

f

4.2控制電路

0?1.43?1Hz(R1?2*R2)C

由于有顯示燈紅黃綠三種，故控制電路設(shè)計為00-01-10-00三種狀態(tài)循環(huán)變化

Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1000101101000

___________Q

n?10?Qn?Qn01nn?Q?Q01_____Qn?11

12

圖4-2控制電路及仿真

用兩個JK觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)計數(shù)器反饋信號

狀態(tài)由00-01-10-00循環(huán)變化時，南北顯示燈綠黃紅依次循環(huán)，東西紅綠黃燈依次循環(huán)。如上圖為Q0,Q1為0,0時的仿真圖，Q0,Q1的電平為0,0，與理論相符。

4.3時間設(shè)置電路

分別采用4片雙4選一數(shù)據(jù)選擇器74153芯片

13

圖4-3時間設(shè)置電路及仿真

從左至右四片74ls153芯片的輸出1Y2Y1Y2Y1Y2Y1Y2Y分別接至高低位計數(shù)器的輸入端DCBADCBA

74253的輸入AB分別接控制電路的QOQ1

從左至右四片74253芯片的輸入八個C0為綠燈時間設(shè)置，八個C1為黃燈時間設(shè)置，八個C2為紅燈的時間設(shè)置。

14

如東西道路八個C0依次設(shè)置為00110000，八個C1依次設(shè)置為00000110，八個C2設(shè)置為00110110，即在電路工作時，顯示電路會從360630倒計時。

如上東西道路仿真圖，QOQ1為01時，從左至右四片74ls153芯片的輸出1Y2Y1Y2Y1Y2Y1Y2Y的電平分別為00000011，經(jīng)譯碼后為06，與理論相符。

4.4計數(shù)電路

圖4-4計數(shù)電路

計數(shù)電路左邊192為高位片，右邊192為低位片，低位片DOWN輸入秒脈沖信號，高低位片的DCBA輸入分別為時間設(shè)置電路的從左至右的八個Y輸出端。

高低位片的輸出QAQBQCQD全部相或，作為高低片的置數(shù)信號控制電路的時鐘信號。當(dāng)計數(shù)器倒計時為00000001時，當(dāng)下一個低位片的脈沖上升沿來臨時，輸出信號變?yōu)?0000000時，反饋置數(shù)信號（八個輸出相或）變?yōu)?，產(chǎn)生一個下降沿脈沖，使控制器狀態(tài)發(fā)生改變，這是置數(shù)信號依舊為0實(shí)現(xiàn)置數(shù)。當(dāng)置數(shù)完成后置數(shù)信號才變?yōu)?，然后開始正常倒計數(shù)。

4.5顯示輸出電路

15

圖4-5顯示輸出電路及仿真

顯示電路各用兩片74ls248芯片和2片BCD七段譯碼器

兩片74ls248的輸入DCBA分別連接74192芯片的輸出QDQCQBQA，由計數(shù)器74ls192計數(shù)輸出的信號通過74ls248譯碼器譯碼，譯碼后通過輸出端直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示。

如上圖仿真示波器從左向右管腳D,C,B,A依次接74ls248的D,C,B,A,從左右示波器可

16

知D,C,B,A的電平分別為為00010110，經(jīng)過74ls248譯碼后分別為16，數(shù)碼管的顯示也為16，與理論相符。

4.6紅黃綠燈控制電路

圖4-6紅黃綠燈控制電路

由于控制器的狀態(tài)為00-01-10-00循環(huán)，所以對于主道路來說當(dāng)為狀態(tài)為00時計數(shù)器倒計時36秒紅燈亮，狀態(tài)為01時計數(shù)器倒計時6秒黃燈亮，狀態(tài)為10時計數(shù)器倒計時30秒綠亮。用三個與門即可實(shí)現(xiàn)，Q0’Q1’,Q0Q1’,QO’Q1,

控制紅黃綠三個指示燈。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到00000000時產(chǎn)生控制電路的下降時鐘脈沖信號，繼而使控制器的狀態(tài)發(fā)生改變，即在00-01-10-00這三種狀態(tài)之間循環(huán)，利用這三種狀態(tài)的循環(huán)來設(shè)計紅黃綠燈的控制電路。為了加強(qiáng)電路的擴(kuò)展功能，可以在計數(shù)器的置數(shù)信號和控制開關(guān)相與來控制兩個觸發(fā)器的時鐘脈沖信號，因此當(dāng)將主道的開關(guān)A擲0，開啟秒脈

17

沖發(fā)生器。然后將開關(guān)擲1即可開始計數(shù)，若需要控制從那種顏色的燈先開始計時，先將開關(guān)置1然后置0，即可產(chǎn)生一個下降沿脈沖，同時也是一個置數(shù)信號?？梢灾脭?shù)為控制控制的下一狀態(tài)。

18

第五章試驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果與分析

5.1時間顯示的調(diào)試

在調(diào)試之初，高低位片的借位信號作為計數(shù)器的置數(shù)控制信號

圖5-1-1時間顯示電路

由于跟據(jù)74ls192的計數(shù)功能及特征發(fā)現(xiàn)，74ls192的進(jìn)位端和借位端在當(dāng)計數(shù)為0時，進(jìn)位和借位端并不會馬上變?yōu)?狀態(tài)，而是先高電平，后低電平，高低電平的時間與脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖一樣。

應(yīng)此在調(diào)試過程中存在00這種輸出狀態(tài)，這樣就會導(dǎo)致紅黃綠燈亮的時間分別為00-36-35-00，00-06-05-00,00-30-29-00。這樣不僅給人每種燈亮的時間就會增加一秒成

19

為37秒，7秒，31秒的感覺。但其實(shí)并沒有增加，而是狀態(tài)00-36-35經(jīng)過的時間為1S,00-36的時間為脈沖發(fā)生器高電平日間，36-35脈沖發(fā)生器低電平日間，這就當(dāng)顯示走到以上脈沖時速度明顯加快，這在現(xiàn)實(shí)中顯能不行，也不符合題目要求的時序。所以需要想方法消除這種狀態(tài)。后來想到00000000這種狀態(tài)來作為計數(shù)器的置數(shù)信號，同時這樣就會要求除00000000這種狀態(tài)，其他狀態(tài)時計數(shù)器都能正常倒計數(shù)。所以考慮到將計數(shù)器的八個輸出端相或作為置數(shù)信號。這個時候也恰好產(chǎn)生一個下降沿來使控制電路輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使預(yù)置數(shù)電路的輸出變化，然后輸入到計數(shù)器，這樣剛剛好能達(dá)到效果。

雖然用到了7個二輸入或門，但是能有效地消除00這種狀態(tài)，使得時序滿足設(shè)計要求，另外計數(shù)過程也更符合實(shí)際狀況。

圖5-1-2時間顯示電路

5.2時間預(yù)置的調(diào)試

在設(shè)計之初，考慮到用完量少的芯片作為時間的預(yù)置數(shù)電路，或者是直接用控制器的不同狀態(tài)在計數(shù)器上實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，但是這樣需要用到比較多的規(guī)律門電路，是電路變得繁雜，而且每次調(diào)整時間都的重新設(shè)計組合規(guī)律電路，比較繁瑣。

20

由于控制電路的輸出又00-01-10-00循環(huán)，所以考慮到用二輸入的四選一選擇器來進(jìn)行置數(shù)，這樣思路更明了，操作起來比較便利，所以最終選擇用雙四選一的74ls253數(shù)據(jù)選擇器來進(jìn)行時間預(yù)置。

圖5-2時間預(yù)置電路

雖然使得時間預(yù)置數(shù)的芯片由四片變?yōu)榱俗罱K的八片，但這樣更直觀，所需要預(yù)置的數(shù)直接譯為二進(jìn)制碼，然后分別在各74ls153芯片的C0,C1,C2端輸入即可。譬如要把時間設(shè)置為36,6,30。只需將八個C0端設(shè)為01100110，八個C1端設(shè)置為00000110，八個C2端設(shè)為00110000。

5.3擴(kuò)展功能的調(diào)試

在設(shè)計的電路能完成任務(wù)要求后，我考慮通過對電路的局部修改來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能。為了加強(qiáng)電路的擴(kuò)展功能，可以在紅綠燈的位置適當(dāng)?shù)募右恍╅_關(guān)和門電路來實(shí)現(xiàn)設(shè)計的盲人模式和夜間模式，如下圖的SW3,SW7，SW4開關(guān)實(shí)現(xiàn)盲人模式，當(dāng)需要盲人模式時關(guān)閉SW2,這時紅綠燈全滅黃燈閃爍且不受控制器的控制置，在撥動SW3向左時，南北綠燈亮，東西紅燈亮，同時亮黃燈，此時盲人便可以安全通過，當(dāng)撥動SW3向右時，南北紅燈亮，東西綠燈亮，同時亮黃燈，此時盲人便可以安全通過，當(dāng)在夜間時，光敏電阻阻值下降，使得東西和南北方向的紅綠的全滅，黃燈閃爍，從而實(shí)現(xiàn)夜間模式。

21

圖5-3紅黃綠燈控制電路

5.4電路的整體調(diào)試

開啟秒脈沖發(fā)生器。，接入到控制器和計數(shù)器即可，該電路測試過程過:

道路綠、黃、紅燈亮的時間可以預(yù)置；