数电交通灯控制电路.docx

《数电交通灯控制电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电交通灯控制电路.docx（19页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、数字电子技术课程设计报告课程设计报告课程名称： 数字电子技术设计题目：交通灯控制电路设计院 系：班 级：设计者：学 号：指导教师：设计时间：1课程设计（大作业）任务书姓 名：院（系）：专 业：学 号：任务起止日期：课程设计题目：交通灯控制电路课程设计要求：设计一个十字路口的交通灯控制器，控制A,B两条交叉道路上的车辆通行，东西方向为主干道A,南北方向为副干道 B；具体要求如下：1、每条道路设一组信号灯，每组信号灯有红、黄、绿 3个灯组成，绿灯表示允许通过，红 灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，未过停车线的车辆停止通2、主干道通行25秒，南北通行时间为 25秒。3、每次变

2、换通行车道之前，要求黄灯先亮5s,才能变换通行车道。工作计划及安排：1、查阅资料。分析比较、选择设计方案；2、总体设计。设计计算、元件选取、绘制电路原理图；3、软件仿真及调试。利用 Proteus软件构建电路，进行虚拟仿真 ；4、故障排除。根据调试过程中出现的问题，逐一查找原因，排除故障，使电路达到设计要 求；5、撰写课程设计报告。写出设计思路、工作原理，画出电路结构框图，绘出电路原理图， 给出设计参数及调试电路数据，分析设计中遇到的问题和解决方法及设计心得体会；6、答辩。指导教师签字年月日课程设计（大作业）成绩学号：姓名：指导教师课程设计题目：交通灯控制电路总结：通过为期一周的课程设计，我应

3、用所学数字逻辑的知识顺利得完成了交通灯控制器的设计。在此期间，我查阅里很多相关书籍， 在网上查了一些相关芯片的资料，学到了很多知识，并利用它们设计了符合设计要求计数器、控制电路等电路的仿真。不仅巩固了课堂知识，而且有效的和实际结合在了一起，加强了我们动手、思考、解决问题的能力，并扩展了所学知识和见识。通过这一个星期的课程设计， 我发现了自己的很多不足， 自己知识的很多漏洞， 看到了 自己的实践经验还是比较缺乏， 理论联系实际的能力还急需提高。 在课程设计过程中， 光有 理论知识是不够的，还必须懂一些实践中的知识。经过本次设计把我在大学学习数电年来所学的理论知识转化为实际应用，既锻炼了我们的实际

4、操作能力，又使理论知识得以加强和升华，激发了创新意识。指导教师评语:成绩:填表时间：指导教师签名:目录一、设计目的6二、设计思路6三、设计过程63.1、 方案论证63.2、 单元电路的设计 93.2.1 秒脉冲发生器93.2.2 定时器113.2.3 控制器123.2.4 译码电路143.2.5 显示部分16四、系统调试与结果 17五、主要元件18六、结论18七、设计心得体会18八、附录19九、参考文献19交通灯控制电路一、设计目的(1)熟悉集成电路的引脚安排。(2)掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。(3) 了解面包板结构及其接线方法。(4) 了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。(5)学会用

5、仿真软件对设计的原理图进行仿真。(6)熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。二、设计思路(1)设计秒脉冲发生器(2)设计交通灯定时电路(3)设计交通灯控制电路(4)设计交通灯译码电路(5)设计交通灯显示时间电路三、设计过程3.1、 方案论证方案：用数电电子技术来实现交通灯控制交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲 发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制 定时器和译码器的工作。图中：TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为 25

6、秒，即车辆正常通行的时问问隔。定时时间到，TL=1,否则，TL=0。TY:表示黄灯亮白时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1,否则，TY=QST:表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制 定时器开始下个工作状态的定时。图1-1系统的原理框图交通灯控制器的ASM如图1-3所示(1)甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车 道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔 TL时，控制器发出状态信号ST,转到下一 工作状态。(2)乙车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止 通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间问隔 TY时，控制器

7、发出状态转换信号 ST,转到下一工作状态。(3)甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车 辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔 TL时，控制器发出状态转换信号 ST,转到 下一工作状态。(4)甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过 县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续 通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST,系统又转 换到第(1)种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。 设控制器的四种 状态编码为00、01、11、10,并分别用SR S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及

8、功能如表1、2所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下表1-2规定：表1-2控制状态信号灯状态车道运行状态S0 (00)甲绿、乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1 (01)甲黄、乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S3 (11)甲红、乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行S2 (10)甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行AG=1甲车道绿灯亮甲车道通行BG=1乙车道绿灯亮乙车道通行AY=1甲车道黄灯亮甲车道缓行BY=1乙车道黄灯亮乙车道缓行AR=1甲车道红灯亮甲车道禁止通行BY=1乙车道红火凫乙车道禁止通行由此得到交通灯的ASM0,如 图1-3所示

9、。设控制器的初始状态为 S0 （用 状态框表示S0）,当S0的持续时间小于25秒时，TL=0 （用判断框表示TL）,控 制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1,控制器发出状态 转换信号ST （用条件输出框表示ST）,并转换到下一个工作状态。图1-3 交通灯的ASM图3.2、 单元电路的设计3.2.1 秒脉冲发生器秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R8=15K、 R9=68K,C3=10uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R8+2R9)C21n2当T=1S, 即可凑出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。如图1-4所示,R9=6

10、8K、C3=10uF组成一个串联 RC充放电电路，在 NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波。此三角波送到NE555 的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持 7脚上的方波 信号和3脚上的输出方波。R 8 Q DCCVU83-脉冲CLK输出端C20.01 uF2TR THR9.15kTEX3 -UF. c-1-10NE555TEX：.图1-4R8：68k mTEKT；秒脉冲发生器原理图秒脉冲还可以由芯片CD4060和74LS74及其外围电路构成如图1-4-4,该电 路选用石英晶体结构成振荡器，在经过分频电路得到秒脉冲。振荡器的频率越高，计时精度越高。如果精

11、度要求不高也可以采用集成逻辑门与 RC组成的时钟源振荡器以及由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。因此，该设计选着由 集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器来产生秒脉冲。图1-4-4石英晶体和分频器构成的秒脉冲发生器3.2.2 定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求 计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数 器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号 TL。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS160

12、功能表如表4-1所示表4-1CLKRDLD EPET工作状态X0XXX置令T10XX顶置数X1101保持X11X0保持（C=0）1111计数表中RD是低电平有效的同步清零输入端，LD是低电平有效才同步并行 置数控制端，ER ET是计 图1-3交通灯的ASMS数控制端，CO是进位输出端, D0D3是并行数据输入端，QO-Q 3是数据输出端。设计如图1-5图1-5交通灯定时器其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK分别送给两个74LS160的清零端9处。如图所示：输入端3.4.5.6分别接地.。U1的7和10由U2的11、 14经过与门相与后相连。.即：只有当时11、14处产生一个高电平脉冲

13、时才能 触发U1中的14产生脉冲。当U13C74LS04勺ST信号分别送给U1和U2的LOAD 就可以得到TY和TY非是秒脉冲的5倍；TL和TL非的结果是秒脉冲的25倍。3.2.3 控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状 态的转换。列出控制器的状态转换表，如表1-6所示。选用两个D触发器74LS74 做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY,当控制器处 于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TL= 0,则控制器保持在00状态；如果，则 控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件 TY无关，所以用无关 项X”表示。其余情况

14、依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。表1-6控制器状态转换表输入输出现态状态转换条件次态状态转换信号Q产Q俨Tl TyQ 严i (X+1ST000x000001X01101K001001X11 11110x1 10111EVv10110K010010X1001根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将 Qn+1、Qn+1和ST 为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中 1用原变量表示，0 用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：Q 严 i= QFO + QU+GQolQ产=Qi QoH + Q】Qf + QM：乙St= QiQo笈 + Q4+Q7Qf4 +Q；

15、QW根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函 数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号.即可实现 控制器的功能。控制器原理图如图1-7所示。图中R C构成上电复位电路。由两个双多路 转换器74LS153和一个双D触发器74LS74组成控制器。触发器记录4种状态， 多路转换器与触发器配合实现4种状态的相互交换。图1-7交通灯控制器其原理为：CLK分别送给U6A和U6B的3和11的清零端。将TY接入U4的 5和U5的4和5; TY非接入U4的4。如上图所示：74LS74两个D触发器作为时 序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现

16、每个D触发器的输入函 数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控 制器的功能。3.2.4 译码电路译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、Q0的4种工作状态，翻译成甲、 乙车道上2个交通灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关 系如表1-8所示。表中A B代表甲、乙车道。表1-8控制器状态编码与信号灯关系表Q Q0AG录灯AY黄灯AR红灯BG录灯BY黄灯BR红灯0 0100001010100011000110011001010由秒脉冲发生器产生了周期性变化的 CLK脉冲，一部分送给了定时器的 74LS160芯片，另一部分送给了控制器的74LS74

17、芯片。在脉冲ST同时加到定时 器74LS160芯片的情况下，通过芯片 74LS10将会输出TY、TY非；TL、TL非。 即TY和TY非放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25 倍。前者输出的信号是后者的1/5。将定时器输出的TY0 TY非；TL。TL非分别 作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变 化的电平。控制器中的信号在送给由芯片 74LS08组成的译码器后再通过电路中 的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过 交通灯上的小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如图1-9图1-9译码器部分原理图3.2.

18、5 显示部分显示部分由74LS48和共阴极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对 74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。即 交通灯需要显示的时间。其设计如图 1-974LS4S图1-9 由74LS48和数码管组成的电路星 层里m 口0四、系统调试与结果(1)组装调试秒脉冲电路。(2)进行定时电路的组装和调试。当输人 1Hz的时钟脉冲信号时，要求电 路能进行增计时，当增计时到25时，能输电有效的定时时间到信号。(3)调试交通灯控制器以及显示部分。(4)判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能， 使其满足设计要求。最终调试如下：接上电

19、源，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的红灯亮，车 辆禁止通行。时间显示器从预置的 0秒，以每秒增1,增到25到0时，甲道的 绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至 5秒又到0后时甲车道的黄灯转换为 红灯；乙车道的红灯转换为绿灯。如此循环下去。五、主要元件集成电路：NE55-1 片 74LS160 2 片 74LS082 片 74LS042 片74LS1532 片 74LS742 片 74LS48 2 片 5106As 2 片74LS20-1片（74LS04芯片含有4个非门，08、20芯片同上）电阻： 200欧姆一

20、9个15K欧姆一1个68K 欧姆一1个电容：0.01uF1 片 10uF2片其他：发光二极管一6个六、结论1、能实现的功能交通灯的状态转换和计时时间的显示，基本能实现甲、乙道路直行和转弯灯的显示功能。2、不足之处交通灯中没有右转灯，用的芯片太多。七、设计心得体会开始拿到题目的时候，不知道怎么去做，因为我是半途才开始学习数字电子 技术的，基础并不是很好。平常做实验的时候都是一知半解。 刚开始的时候我很 迷惑，各种不懂与烦躁。后来慢慢的去查资料，去网上找相同的设计来看。慢慢 的我开始有一点了解。在队友的帮助，以及老师的指导与改错下，我终于将其设 计出来。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。花了很多的 时间，学到了很多东西，很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了。在课程设计的过程中，有很多难题，显示器不亮，计数器有问题，信号灯不转换等等 等等但是后来我们都一一克服了。八、附录总原理图1-10 （如下）图1-10 仿真图一九、参考文献1康华光电子技术基础 北京：高等教育出版社，1999年2罗杰等编电子技术基础试验北京：高等教育出版社，2008年3金唯香等编电子测试技术长沙：湖南大学出版社，2004年4阎石数字电子技术基础北京：高等教育出版社，2001年