數(shù)電交通燈課程設計-- 交通燈控制電路

1、<p>　　數(shù)字電路課程設計報告書</p><p>　　20 14 年 12 月 29 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設計目的………………………………………………………4</p><p>　　2 設計思路………………………………………………………4</p>

2、<p>　　3 設計過程………………………………………………………4 </p><p>　　3.1方案論證……………………………………………………4</p><p>　　3.2電路設計……………………………………………………6</p><p>　　3.2.1秒脈沖發(fā)生器………………………………………………………6</p><p>

3、　　3.2.2定時器………………………………………………7</p><p>　　3.2.3控制器………………………………………………9</p><p>　　3.2.4譯碼電路……………………………………………10</p><p>　　3.2.5顯示部分……………………………………………11</p><p>　　3.2.6總原理圖…………………

4、…………………………12</p><p>　　4系統(tǒng)調試與結果………………………………………………12</p><p>　　5主要元件………………………………………………………12</p><p>　　6 結論……………………………………………………………13</p><p>　　7設計心得體會…………………………………………………13<

5、;/p><p>　　8 附錄……………………………………………………………13</p><p>　　8.1總原理圖……………………………………………………13</p><p>　　8.2 PCB圖………………………………………………………14</p><p>　　9參考文獻…………………………………………………………14</p>&

6、lt;p><b>　　交通燈控制電路</b></p><p>　　摘要：交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設計主要由秒脈沖發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示電路組成。秒脈沖發(fā)生器由NE555產(chǎn)生脈沖，定時器由74LS160實現(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^ST

7、信號對定時器進行控制，從而顯示紅黃綠燈的轉換。</p><p>　　關鍵字：交通燈 控制器 秒脈沖發(fā)生器 定時器 譯碼器</p><p><b>　　1 、設計目的</b></p><p>　?。?）熟悉集成電路的引腳安排。</p><p>　?。?）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。</p><

8、;p>　?。?）了解面包板結構及其接線方法。</p><p>　?。?）了解數(shù)字交通燈控制電路的組成及工作原理。</p><p>　?。?）學會用仿真軟件對設計的原理圖進行仿真。</p><p>　?。?）熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設計與制作。</p><p><b>　　2、設計思路</b></p>

9、<p>　?。?）設計秒脈沖發(fā)生器</p><p>　?。?）設計交通燈定時電路</p><p>　?。?）設計交通燈控制電路</p><p>　?。?）設計交通燈譯碼電路</p><p>　?。?）設計交通燈顯示時間電路</p><p><b>　　3 設計過程 </b></p&

10、gt;<p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　方案一 用數(shù)電電子技術來實現(xiàn)交通燈控制</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。</p><p>　　它主要由控制器、定時器、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)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的

11、控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： </p><p>　　TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。 </p><p>　　TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 </p><p>　　ST：表示

12、定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 </p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　交通燈控制器的ASM 如圖1-3所示</p><p>　　（1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 &

13、lt;/p><p>　　（2）乙車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 </p><p>　?。?）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 <

14、;/p><p>　?。?）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。 </p><p>　　交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、

15、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表1、2所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下表1-2規(guī)定：</p><p><b>　　表1-2</b></p><p>　　由此得到交通燈的ASM圖，如 圖1-3所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0（用

16、判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。</p><p>　　圖1-3 交通燈的ASM圖</p><p>　　方案二 用單片機技術來實現(xiàn)交通燈控制</p><p>　　用單片機技術來來實現(xiàn)交通燈控制是最容易實現(xiàn)的，而且該電路可靠性也很高，但是這是

17、要求設計者要有單片機編程的基礎上才能完成設計。由于本人單片機編程基礎不是很好，所以選用了數(shù)字電子技術來實現(xiàn)交通燈控制。</p><p>　　3.2．單元電路的設計 </p><p>　　3.2.1秒脈沖發(fā)生器 </p><p>　　秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8=15K、R9=68K,C3=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R

18、9)C2ln2當T=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。</p><p>　　如圖1-4所示， R9=68K、C3=10uF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內(nèi)部的比較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。</p><p>

19、　　圖1-4 秒脈沖發(fā)生器原理圖</p><p>　　秒脈沖還可以由芯片CD4060和74LS74及其外圍電路構成如圖1-4-4，該電路選用石英晶體結構成振蕩器，在經(jīng)過分頻電路得到秒脈沖。振蕩器的頻率越高，計時精度越高。如果精度要求不高也可以采用集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器以及由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。因此，該設計選著由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器來產(chǎn)生秒脈沖。<

20、/p><p>　　圖1-4-4 石英晶體和分頻器構成的秒脈沖發(fā)生器</p><p><b>　　3.2.2定時器 </b></p><p>　　定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構成，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)器從零開始進行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時

21、信號TL。</p><p>　　計數(shù)器選用集成電路74LS160進行設計較簡便。74LS160是10進制同步加法計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS160功能表如表4-1所示。</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　表中RD’是低電平有效的同步清零輸入端，LD’是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，EP、ET

22、是計 圖1-3 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。設計如圖1-5</p><p>　　圖1-5 交通燈定時器</p><p>　　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。如圖所示：輸入端3.4.5.6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：只有當時1

23、1、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非的結果是秒脈沖的25倍。</p><p>　　除此，還可以用74LS163來實現(xiàn)這個定時器。但是由于該芯片不是十進制的計數(shù)器，因此在進位時要加上一個與門，設計如下圖1-5-5。因為該電路與1-5的定時電路多用了一個與門，因此不選用。</p

24、><p>　　圖1-5-5 由74LS193構成的定時電路</p><p><b>　　3.2.3控制器</b></p><p>　　控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表1-6所示。選用兩個D觸發(fā)器74LS74做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，當控制

25、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)；如果，則控制器轉換到Q1n+1Q0n+1＝ 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉換信號ST。</p><p>　　表1-6 控制器狀態(tài)轉換表</p><p>　　根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0

26、n+1和 ST為1的項所對應的輸人或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：</p><p>　　根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(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)選擇輸入端作為控制信號．即可實現(xiàn)控制器的功能。</p><p>　　控制器原

27、理圖如圖1-7所示。圖中R、C構成上電復位電路。由兩個雙多路轉換器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)，多路轉換器與觸發(fā)器配合實現(xiàn)4種狀態(tài)的相互交換。</p><p>　　圖1-7 交通燈控制器</p><p>　　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

28、兩個D觸發(fā)器作為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號，即可實現(xiàn)控制器的功能。</p><p><b>　　3.2.4譯碼電路</b></p><p>　　譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯?/p>

29、狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表1-8所示。表中A、B代表甲、乙車道。</p><p>　　表1-8 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表</p><p>　　由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CLK脈沖，一部分送給了定時器的74LS160芯片，另一部分送給了控制器的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；TL、TL非。

30、即TY和TY非放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結果是秒脈沖的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74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平?？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，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。電路圖設計如圖1-9</p&g

31、t;<p>　　圖1-9譯碼器部分原理圖</p><p><b>　　3.2.5顯示部分</b></p><p>　　顯示部分由74LS48和共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作為譯碼器，對74LS160的輸出信號進行譯碼，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。其設計如圖1-9</p><p>　　

32、圖1-9 由74LS48和數(shù)碼管組成的電路</p><p><b>　　4系統(tǒng)調試與結果</b></p><p>　?。?）組裝調試秒脈沖電路。</p><p>　?。?）進行定時電路的組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號。</p><p>　?。?/p>

33、3）調試交通燈控制器以及顯示部分。 </p><p>　　（4）判斷各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。</p><p><b>　　最終調試如下：</b></p><p>　　接上電源,便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅

34、燈亮，車輛禁止通行。時間顯示器從預置的0秒，以每秒增1，增到25到0時，甲道的綠燈轉換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時甲車道的黃燈轉換為紅燈；乙車道的紅燈轉換為綠燈。如此循環(huán)下去。</p><p><b>　　5主要元件</b></p><p>　　集成電路：NE55—1片 74LS160—2片 74LS08—2片 74LS04—2片 </p>

35、;<p>　　74LS153—2片 74LS74—2片 74LS48—2片 5106AS—2片</p><p>　　74LS20—1片（74LS04芯片含有4個非門，08、20芯片同上）</p><p>　　電阻： 200歐姆—9個 15K歐姆—1個 68K歐姆—1個 </p><p>　　電容： 0.01uF—1片 10uF—2片</

36、p><p>　　其他：發(fā)光二極管—6個</p><p><b>　　6、結論</b></p><p><b>　　1、能實現(xiàn)的功能</b></p><p>　　交通燈的狀態(tài)轉換和計時時間的顯示，基本能實現(xiàn)甲、乙道路直行和轉彎燈的顯示功能。</p><p><b>　　2

37、、不足之處</b></p><p>　　交通燈中沒有右轉燈，用的芯片太多。</p><p><b>　　7、設計心得體會</b></p><p>　　開始拿到題目的時候，不知道怎么去做,因為已經(jīng)有半年沒看數(shù)電了，自己對這門課的設計都不是很會，對很多的芯片的功能都不是很清楚，而且還要帶一個專升本的同學去做這個設計，所以做得特別認真。從

38、收集資料到仿真在到做實物一共用了半個月的時間。在做PCB板的時候，花了很長的時間去布線，由于芯片太多，線很亂不得不手動布線，一共用了一天的時間才做好。</p><p>　　通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力.現(xiàn)在設計已經(jīng)做好了,但是控制器控制信號燈不是很好。雖然花了很多的時間，但學到了很多東西。做課程設計的時候,自己把整個書本都看了幾遍，增強了自己對知識的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在都已經(jīng)一

39、一解決了。在課程設計的過程中，我想了很多種方案，對同一個問題(像計數(shù)器的接法)都想了很多種不同的接法，運用不同的芯片進行了比較，最后還是采取了上面的方法進行連接。</p><p><b>　　8 、附錄</b></p><p>　　8.1總原理圖1-10和1-11（如下）</p><p>　　圖1-10 仿真圖一</p>&l

40、t;p>　　圖1-11 仿真圖二</p><p><b>　　8.2 PCB圖</b></p><p><b>　　9、參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光. 電子技術基礎. 北京：高等教育出版社，1999年</p><p>　　[2]羅杰等編. 電子技術基礎試驗. 北京：高