交通燈課程設計報告 (2)

1、<p><b>　　交通燈課程設計報告</b></p><p><b>　　交通燈</b></p><p><b>　　任務和要求</b></p><p>　　紅綠燈交通信號系統外觀示意圖如圖1所示。</p><p>　　1．在十字路口的兩個方向上各設一組紅黃綠燈，顯

2、示順序為其中一方向是綠燈、黃燈、紅燈；另一方向是紅燈、綠燈、黃燈。</p><p>　　2．設置一組數碼管，以倒計時的方式顯示允許通行或禁止通行時間，其中一個方向上綠燈亮的時間是20s，另一個方向上綠燈亮的時間是30s，黃燈亮的的時間都是5s。</p><p>　　3．選做：當任何一個方向出現特殊情況，按下手動開關，其中一個方向常通行，倒計時停止。當特殊情況結束后，按下自動控制開關，恢復正

3、常狀態(tài)。</p><p>　　4．選做：用兩組數碼管，實現雙向倒計時顯示。</p><p><b>　　三、總體方案</b></p><p>　　在一個有主、支干道的十字路口，主、支干道各設置一組紅、黃、綠三色的交通燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行。在綠燈變?yōu)榧t燈之前，黃燈先亮5秒，以提示未通行的車輛準備停車。由于主干道車輛較多，所以

4、要求主干道處于通行狀態(tài)的時間長一些，設為30秒；而支干道通行時間為20秒。</p><p><b>　　主要功能為：</b></p><p>　　1.實現紅綠燈的交通管制功能；</p><p>　　2.在紅綠燈交換的前5秒，由黃燈提示司機注意，準備停車，且此時綠燈熄滅；</p><p>　　3.可適應主次干道不同的車流量

5、的需要，擬設計主干道的車輛通行時間為30秒，支干道的車輛通行時間為20秒；</p><p>　　4.采用倒計時的方式，提示司機剩余時間。</p><p><b>　　簡單原理如下：</b></p><p>　　由555時鐘信號發(fā)生電路產生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號，確保整個電路裝置計時工作穩(wěn)定進行。用一片74LS161作為計數器，將其輸出端通過非門與

6、74LS48相連后，把74LS48輸出端連到數碼管上，實現倒計時。用另外一片74LS161作為狀態(tài)控制器，控制狀態(tài)變量Q2Q1的變化，即實現變化：00-01-10-11，從而使計數器實現模10、模2、模5的轉化。六個燈與由狀態(tài)控制器控制的74LS74的輸出端通過門電路直接相連。</p><p>　　總體方案原理圖如圖：</p><p>　　在電路中，555時鐘信號發(fā)生器產生一個以秒為單位的

7、CP脈沖，計數器74LS161接受CP脈沖，實現同步計時。通過非門連接計數器輸出端與譯碼驅動電路，在數碼管上顯示倒計時。將兩片計數器的進位輸出RCO取反用以控制其自身循環(huán)置數，又兩片進位輸出RCO與后狀態(tài)控制器74LS161的脈沖信號，由此，狀態(tài)從00變至01，歷時30s；從01至10，歷時5s；從10至11，歷時20s；再從11變至00，歷時5s，依次循環(huán)。狀態(tài)不同，計數器置數和紅綠燈如何顯示不同；計數器置數不同，則模值不同，狀態(tài)改變

8、時間也不同。</p><p>　　然后狀態(tài)控制電路74LS161控制計時電路74LS161的輸入端。當狀態(tài)控制電路的輸出Q1Q0為00時實現模30的計數器，此時主干道的綠燈和支干道的紅燈亮；為01時實現模5計數器，此時主干道的黃燈和支干道的紅燈亮；為10時實現模20的計數器，此時主干道的紅燈和支干道的綠燈亮；為11時實現模5的計數器，此時主干道的紅燈和次干道的黃燈亮；然后Q1、Q0再回到00狀態(tài)，這樣就實現了交通

9、燈的循環(huán)且實現了主支干道通車時間不同的功能。</p><p>　　(1). Q1Q0為00時，主干道綠燈與支干道紅燈亮，即：AG、BR，時間持續(xù)30s；</p><p>　　(2).Q1Q0為01時，主干道黃燈與支干道紅燈亮，即：AY、BR，時間持續(xù)5s；</p><p>　　(3).Q1Q00為10時，主干道紅燈與支干道綠燈亮，即：AR、BG，時間持續(xù)20s；&l

10、t;/p><p>　　(4). Q1Q00為11時，主干道紅燈與支干道黃燈亮，即：AR、BY，時間持續(xù)5s；</p><p>　　四個狀態(tài)以00-01-10-11的順序循環(huán)出現。其工作流程圖如圖：</p><p>　　四、單元電路的設計：</p><p>　　(1) 時鐘脈沖產生電路：</p><p>　　產生穩(wěn)定的秒脈沖

11、（f=1Hz）信號，確保整個電路裝置同步工作和實現定時控制。用555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產生周期不同的脈沖信號，即不同的頻率的脈沖。</p><p><b>　　脈沖電路圖：</b></p><p>　　555芯片一片、4.7u和0.1u的電容、4.7k、和150k電阻</p><p><b>　　計時控制電路：&

12、lt;/b></p><p>　　利用系統的狀態(tài)量Q1、Q0分別控制計數兩片74LS161的置數端D0，D1，D2，D3和D'0,D'1,D'2，D'3。當系統狀態(tài)處在AGBR時，進制是模30，低位有效狀態(tài)為0110，0111，1000，……1111，高位有效狀態(tài)為1101,1110,1111，低位置為0110；高位置1101，當系統處在ARBG時，進制是模20，低位有效狀態(tài)

13、為0110，0111，1000，……1111，高位有效狀態(tài)為1101,1111，低位置為0111，高位置1110；當系統處在AYBR或ARBY時，進制是模5，低位有效狀態(tài)為1011，1100，，1101,1110,1111，高位沒有有效狀態(tài)，低位置為1011，高位置1111:；由此有：</p><p>　　所以有： D3=Q0 D2=/Q2 D1=1 D0=Q0</p><p

14、>　　D'3=1 D'2=1 D'1= Q0 + Q1 Q'0=Q0 + /Q1</p><p>　　注：符號“/”代表邏輯非</p><p>　　按照上述函數表達式將代表狀態(tài)的信號分別連接至計數器低位置數端D3、D2、D1、D0和高位置數端D'3,D'2,D'1,D'0上，通過狀態(tài)變量控制置數。并將L

15、兩計數器高位進位RCO通過非門連至其同步置數端LOAD上，即：當此次計數至1111時，再接受一個脈沖信號，RCO由0變?yōu)?，同時，LOAD由1變?yōu)?，在脈沖到來時開始下一次置數。再將低位片的CP和高位片的LOAD上。</p><p>　　使用主要器件：74LS161、74LS04。</p><p><b>　　(3) 主控電路</b></p><p

16、>　　將控制狀態(tài)的74LS161的所有置數端接地，即置零，把高位和低位計數器的高位進位通過與門后作為狀態(tài)控制器的脈沖信號，當每次計數器計到1111后，計數器的RCO將由0變?yōu)?，產生一個上升沿。由于要通過此片74LS161實現狀態(tài)變化：00-01-10-11，因此再將其輸出Q1與Q0通過與非門連至本芯片同步置數端LOAD上。</p><p>　　再用門電路，依據D3、D2、D1、D0的函數表達式，把狀態(tài)控制

17、器的輸出Q1、Q0與計數器的置數端相連接，實現狀態(tài)控制器與計數器相互控制。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　(4).交通信號顯示電路</p><p>　　紅綠燈顯示所代表的狀態(tài)，同樣與狀態(tài)控制電路的狀態(tài)一一對應，即主控電路的輸出Q1和Q0決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如燈亮用“1”表示，燈滅用“0”表示

18、，則有表：</p><p><b>　　(5).倒計時</b></p><p>　　當每一狀態(tài)發(fā)生變化時，置入的數據將同時改變，通過非門連接，將計數器輸出信號加至七段數碼管譯碼驅動器74LS48上，然后把74LS48的輸出接到數碼管上，在數碼管上顯示倒計的秒數，具體顯示如表2：</p><p><b>　　表2</b>&l

19、t;/p><p>　　使用主要器件：74LS48、74LS04、數碼管、限流保護電阻。</p><p><b>　　五．總體電路圖</b></p><p><b>　　六、波形圖</b></p><p>　　電路組裝、調試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。</p><p>　　在實驗

20、中，器件的連接很容易出錯，不是面包板的接觸不良，就是導線較短，這些問題又不好檢查，只能用萬用表細心的檢測，也存在芯片壞掉的問題，經常和別人換一下就好了，再有就是芯片的使能端應注意，不能懸空。最后在按照原理圖檢查就好了。</p><p><b>　　分析和總結</b></p><p>　　兩周的實習就是將從課本上的知識應用于實際中，數字電路課程設計就是很好的實踐。在交通