交通信號燈電子技術課程設計

1、<p>　　《電工電子》課程設計</p><p>　　交通信號燈系統(tǒng)設計 </p><p><b>　　2014.5.30</b></p><p><b>　　一、摘要3</b></p><p>　　二、交通信號燈設計內容及要求3</p><p><

2、;b>　　三、方案分析3</b></p><p>　　四、 原理圖設計5</p><p>　　1 信號燈狀態(tài)控制器5</p><p>　　2 信號燈譯碼驅動電路7</p><p>　　3 置數譯碼電路8</p><p><b>　　4 計時系統(tǒng)8</b><

3、;/p><p>　　5 顯示譯碼器9</p><p>　　6 共陰七段LED共陰數碼管11</p><p>　　7 555振蕩器構成的秒脈沖電路11</p><p>　　8 元件清單13</p><p>　　五、 整體電路圖以及工作原理14</p><p>　　六、 原理圖仿真1

4、4</p><p>　　七、 心得體會15</p><p>　　八、 參考文獻16</p><p><b>　　附錄一17</b></p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　本電路通過由兩個D觸發(fā)器組成的四進制計數器和由與非門組成的譯碼器來控制主

5、干道和支干道紅、黃、綠燈的狀態(tài)變化，從而達到疏導車輛安全順利通過十字路口的作用，由555計時和電容電阻組成秒脈沖發(fā)生器；計時器由兩個74LS190計數器組成，分別用于計時間的十位和個位；顯示譯碼器把74LS190輸出的BCD碼譯成7位二進制代碼，驅動數碼管顯示相應的BCD碼所對應的十進制數。</p><p>　　二、交通信號燈設計內容及要求</p><p>　　由一條主干道和一條支干道的匯

6、合形成十字路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每一個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行使中的車輛有時間?？康浇芯€之外；</p><p><b>　　任務和要求：</b></p><p>　　1、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行48秒，支干道每次放行24秒。</p><p>　　每次綠

7、燈變紅燈時，黃燈先亮4秒，此時原紅燈不變。</p><p>　　用十進制數字顯示放行及等待時間。</p><p><b>　　三、方案分析</b></p><p>　　十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個主干道和一個支干道的十字路口如圖所示。每邊都設置了紅、綠、黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時

8、先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運行。因為主干道上的車輛多，所以主干道放行的時間要長。</p><p>　　路口交通指揮系統(tǒng)示意圖</p><p>　　系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作流程圖</b></p><p>　　要實現上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)

9、生器、計數器、信號燈譯碼驅動電路、信號燈譯碼驅動電路和數字顯示譯碼驅動電路等幾部分組成，整機電路的原理框圖如圖所示。四個路口設有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計數、譯碼顯示器。</p><p>　　交通信號燈控制系統(tǒng)原理組成框圖</p><p>　　十字路口車輛運行情況只有4種可能：1）設開始時主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為48s。2）48s后，

10、主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為4s。3）4s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時間為24s。4）72s后，主干道仍不通行，支干道停車，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時間為4s。4s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復。因此，要求主控制電路也有4種狀態(tài)，設這4種狀態(tài)依次為：S0、S1、S2、S3。狀態(tài)轉換圖如圖所示。</p><p><b>　

11、　原理圖設計</b></p><p>　　1 信號燈狀態(tài)控制器</p><p>　　十字路口車輛運行情況只有4種可能，實現這4個狀態(tài)的電路，可以用兩個D觸發(fā)器組成一個四進制的計數器。我采用的一片74HC74實現。</p><p>　　74LS74的引腳排列圖：</p><p>　　74LS74的功能表：</p>&

12、lt;p>　　74LS74的接線圖所示：</p><p>　　D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Q*=Q',load每輸入一個時鐘脈沖Q0的狀態(tài)改變一次，U7A將load輸入的時鐘脈沖二分頻后送給U7B,即load每四個脈沖U7A和U7B的狀態(tài)回到原來的狀態(tài)，即四進制計算器。</p><p>　　2 信號燈譯碼驅動電路</p><p>　　主、支干道上紅、黃、綠信

13、號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關系見真值表。對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。列出信號燈的真值表：</p><p>　　根據真值表可以寫出各信號燈的邏輯函數式：</p><p>　　用發(fā)光二極管模擬交通燈的工作狀態(tài)，根據邏輯函數表達式畫出的電路圖如圖所示。因為門電路帶灌電流負載的能力強，故設計成門電路輸出低電平時，相應的發(fā)光二極管亮。</p>

14、;<p><b>　　3 置數譯碼電路</b></p><p>　　要實現48秒、24秒、4秒倒計時，就要在計數器倒計時到零的時候給計數器的置數端送入下一狀態(tài)相應的時間數。列出置真值表：</p><p>　　根據真值表可以寫出邏輯函數表達式：</p><p>　　h=0 g=0 f=Q0 e=Q1Q0 d=0 c=

15、Q0' b=0 a=0</p><p><b>　　4 計時系統(tǒng)</b></p><p>　　74LS190具有可對8421BCD進行計數、可逆計數、有聯(lián)級脈沖輸出、可由送數控制進行異步置數、并行輸出、可聯(lián)級到n位應用等功能，所以可以用74LS190做為計時系統(tǒng)的計時器。</p><p>　　74LS190的引腳排序圖：</

16、p><p>　　74SL190的功能表：</p><p>　　計時系統(tǒng)由兩片74LS190構成的計數器、74HC00和74HC04構成的置數、狀態(tài)轉換信號輸出電路組成。如圖所示。用兩片74LS190組成兩位十進制減法計數器，當計數器狀態(tài)為零時，U5C輸出信號load,作為置數控制信號，將置數譯碼器輸出的數據送入計數器。Load送入狀態(tài)計數器74LS74，作為狀態(tài)計數器的時鐘脈沖。</p&

17、gt;<p><b>　　5 顯示譯碼器</b></p><p>　　CD4511是一個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。</p><p>　　CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅

18、動器，引腳排列如圖所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數據越過十進制數9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數據。a～g是 7 段輸出

19、，可驅動共陰LED數碼管。所謂共陰 LED 數碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應用中應接地。限流電阻要根據電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。</p><p>　　CD4511引腳排序圖：</p><p>　　七段顯示譯碼電路真值表：</p><p>　　CD4511接線圖：</p><p>　　6 共陰

20、七段LED共陰數碼管</p><p>　　數碼管分為共陽極結構和共陰極結構。若顯示器共陽極連接，則對應陽極接高電平的字段發(fā)光；而顯示器共陰極連接，則接低電平的字段發(fā)光。數碼管的每段都加一個360Ω的電阻。</p><p><b>　　數碼管的接線圖：</b></p><p>　　7 555振蕩器構成的秒脈沖電路</p><

21、p>　　時器555定時器內部結構和引腳排列圖，如內部電路圖，引腳排列圖。555定時器內部含有一個基本RS觸發(fā)器，配個電壓比較器C1,C2,一個放電三極管T由三個5K的電阻的分配器，555定時器因此而得名一個輸出緩沖器G3。比較器C1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的參考電壓為VCC/3加在反相輸入端，兩者均由分在器上取得。</p><p>　　555定時器引腳排列圖</p><

22、p><b>　　555的內部電路圖</b></p><p>　　555定時器個引線端的用途如下：</p><p><b>　　1端為接地線；</b></p><p>　　2端為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端。當2端的輸入高電壓高 于VCC/3時，C2輸出為1；當輸入電壓低于VCC/3時，C2的輸出為0，使基本觸發(fā)器置

23、1；</p><p><b>　　3端U0為輸出端；</b></p><p>　　4端是復位端，當=0時，基本觸發(fā)器直接置0，使Q=0，=1；</p><p>　　5端UDD 為電壓控制端，如果CO 端另加控制電壓，則可以改變C1，C2的參考電壓。工作中不使用CO 端時，一般都通過一個0.01uF的電容接地，以防旁路干擾；</p>

24、<p>　　6端TH 為高電平觸發(fā)端，當輸入電壓低于2VCC/3時，C1的輸出為1；當輸入電壓高于2VCC/3時，C1的輸出為0，使基本觸發(fā)器置0，即Q0=0，=1，這時定時器輸出U0=0；</p><p>　　7端D為放電端。當基本觸發(fā)器的=1時，放電晶體管T導通，外接電容元件通過T放電；</p><p>　　8端VCC為電源端，可在4.3-1.6V范圍內使用，若為CMOS

25、電路，則VCC=3-18V。</p><p>　　555定時器功能表，它全面表示了555的基本功能：</p><p>　　多諧振蕩器產生矩形波的自激振蕩電路，由于矩形波包含和高次諧波成分，因此稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時毋須外加發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。用555實現多諧振需要外接電阻R1，R2和電容C，并外接+5V的直流電源。只需在

26、+VCC端接上+5V的電源，就能在3腳產生周期性的方波，如圖所示。</p><p>　　3腳輸出的言方波的周期為 T=(R1+R2)Cln2</p><p>　　本電路采取R1=15K,R2=68K,C1=0.1uF,C2=10uF。</p><p><b>　　8 元件清單</b></p><p>　　整體電路圖以

27、及工作原理</p><p>　　整體電路圖見附錄一。</p><p>　　由555組成的振蕩器產生周期為一秒的時鐘信號，送給計時器，計時器做減法計數，CD4511譯碼器把計時器輸出的8421BCD碼譯成驅動數碼管顯示的七段二進制代碼，使數碼管顯示相應的十進制數。當計時器減到零狀態(tài)，RCO1和RCO2分別輸出一個低電平信號，通過非門和與非門，load輸出一個低電平信號，置數譯碼電路輸出的數據

28、送入計時器，load在上升沿到來時，信號燈狀態(tài)控制器的計數器加1，信號燈轉到下一狀態(tài)。計時器繼續(xù)倒計時，如此循環(huán)下去。</p><p><b>　　原理圖仿真</b></p><p>　　這里用的是Multisim仿真軟件，仿真原理圖如下圖：</p><p><b>　　心得體會</b></p><p&

29、gt;　　在老師的指導下，通過學習交通燈系統(tǒng)控制器的設計的實驗，學習一種設計電子的軟件，增加了我們對電子設計的了解。</p><p>　　查找教材，資料，相應軟件，為了這次課程設計，我們在圖書館查找了大量的相關資料，終于被我找全了和本次課程設計相關的不懂問題。</p><p>　　根據所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結合系統(tǒng)的設計要求，在Proteus環(huán)境下進行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時

30、檢查元器件的放置、連線是否有錯誤。</p><p>　　根據交通燈系統(tǒng)的控制要求，經過實驗，排除所有實驗中的錯誤并實現了預定的功能。</p><p>　　通過這次課程設計我們對于EDA技術多多少少有了一些了解，EDA技術發(fā)展迅速，有著廣闊的應用前景，設計面廣，內容豐富，它用軟件的方法設計硬件；用軟件方式設計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉換是由有關的開發(fā)軟件自動完成的；在設計過程中可用有關軟件進行各種

31、仿真；系統(tǒng)可現場編程，在線升級；整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小，功率低，可靠性高。EDA技術以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方法，以計算機，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件，自動完成用軟件方式設計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡，邏輯分割，邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線，邏輯仿真，直至特定目標芯片的適配便宜，邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成

32、電子系統(tǒng)或專用集成芯片的一門新技術。其中大規(guī)?？删幊唐骷抢肊DA技術進行電子系統(tǒng)設計的載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的智能化的自動化設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的下載工具及硬件驗證工具。</p><p>　　此次實驗不但提高了我們實踐的能力和理論水平，而且對于我們認識掌握各種操作技巧具有重大意義，使我們

33、的綜合素質得到了很大的提高。當然，通過這次實習，對我的影響遠不只以上這些，它對我在以后的學習和生活中將會起到不可估量的作用。</p><p>　　最后，我建議學校多搞些這樣的設計，在鍛煉我們的同時還豐富了我們的生活，還建議在今后的設計報告中，提供一些好的報告讓我們參考，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　秦