課程設(shè)計報告——交通信號燈控制器

目錄一、設(shè)計背景2二、任務(wù)和要求2三、總體設(shè)計方案31.狀態(tài)設(shè)置32.系統(tǒng)框圖3a.系統(tǒng)總框圖3b.系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換框圖4四、單元電路設(shè)計41.倒計時電路（定時電路）42.狀態(tài)控制器（主控電路）53.交通燈顯示電路、54.數(shù)碼管顯示65.置數(shù)變換電路66.流量控制電路7五、總電路原理圖8六、總電路圖9七、原件清單10八、電路連接與調(diào)試10九、設(shè)計總結(jié)10十、參考文獻(xiàn)11一、 設(shè)計背景在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益增長，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。因此，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通信號燈常用與交叉路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，減少交通事故。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。二、任務(wù)和要求倒計數(shù)計時器綠燈黃燈紅燈紅 黃 綠燈 燈 燈紅綠燈交通信號系統(tǒng)外觀示意圖如圖1所示。1在十字路口的兩個方向上各設(shè)一組紅黃綠燈，顯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。2設(shè)置一組數(shù)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（主干道）綠燈亮的時間是45s，另一個方向上（支干到）綠燈亮的時間是25s，黃燈亮的的時間都是5s。3.要求加裝一流量控制電路，使電路擁有流量控制功能，既：當(dāng)一條路上無車，另一條路上有車時，這條路上的綠燈長亮，另一條路上紅燈長亮。三、總體設(shè)計方案1.狀態(tài)設(shè)置狀態(tài)1（00）：主車道的綠燈亮，車道，人行道通行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行。狀態(tài)2（01）：主車道的黃燈亮，車道，人行道緩行；南北方向車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；狀態(tài)3（10）：支車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車道的綠燈亮，車道，人行道通行；狀態(tài)4（11）：支車道的紅燈亮，車道，人行道禁止通行；南北方向車的黃燈亮，車道，人行道緩行；2.系統(tǒng)框圖a.系統(tǒng)總框圖流量控制電路b.系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換框圖狀態(tài)00持續(xù)45s支干道紅燈亮主干道綠燈亮狀態(tài)01持續(xù)5s支干道紅燈亮主干道黃燈亮狀態(tài)10持續(xù)25s支干道綠燈亮主干道紅燈亮狀態(tài)11持續(xù)5s支干道黃燈亮主干道紅燈亮圖2 工作流程圖四、單元電路設(shè)計1.倒計時電路（定時電路）倒計時器由兩位4位十進(jìn)制可逆同步計數(shù)器（雙時鐘）74LS192、一個非門和一或門構(gòu)成。其組成如圖所示，其中 74LS192是上升沿觸發(fā)，CPU為加計數(shù)時鐘輸入端；CPD為減計數(shù)時鐘輸入端；LD為異步預(yù)置端，低有效；CR為異步清零端，高有效；CO為進(jìn)位輸出端，當(dāng)1001后輸出低電平；BO為借位輸出端，當(dāng)0000后輸出低電平；D3D2D1D0為數(shù)據(jù)預(yù)置端；Q3Q2Q1Q0為數(shù)據(jù)輸出端。2.狀態(tài)控制器（主控電路）狀態(tài)控制器由兩個上升沿D觸發(fā)器構(gòu)成，狀態(tài)有00011011，四種狀態(tài)分別對應(yīng)信號燈的四種狀態(tài)，且觸發(fā)器上的清零端、置一端，用于接收流量控制電路上的控制-狀態(tài)變換信號，完成狀態(tài)-流量控制。3.交通燈顯示電路、此部分由一個數(shù)據(jù)分配器74LS138、兩個與門和6個發(fā)光二極管構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖所示。74LS138的外引線排列如圖)所示，其中A2A1A0是3個二進(jìn)制代碼輸入端；Y7Y0是8個輸出端，低電平有效；STA、STB、STC是使能控制端。當(dāng)STA=1且STB+STC=0時，分配器才工作。4.數(shù)碼管顯示采用四位二進(jìn)制七段數(shù)碼管顯示，如圖所示。5.置數(shù)變換電路此部分電路是由兩個數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，既用74LS153組成，當(dāng)主控電路狀態(tài)發(fā)生變換時，置數(shù)變換電路產(chǎn)生的置數(shù)也隨之變換，其狀態(tài)對應(yīng)為：0045，0105，1025，1105.最后將置數(shù)放回倒計時電路，用于置數(shù)，最終達(dá)到定時的作用。6.流量控制電路此部分電路是由一片74LS138，既數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，主干道接A，支干道接B，當(dāng)狀態(tài)為10或01時，直接控制主控電路的兩片上升沿D觸發(fā)器的清零或置一端。完成流量控制。五、總電路原理圖六、總電路圖七、原件清單74LS192 （十進(jìn)制可逆計數(shù)器） 兩個74LS138 （3-8譯碼器） 兩個74LS153 （雙4選1數(shù)據(jù)選擇器） 一個74LS74 （上升沿雙D觸發(fā)器） 一個74LS04 （六反相器） 一個74LS32 （四2輸入或門） 一個74LS08 （四2輸入與門） 一個八、電路連接與調(diào)試在電路連接與調(diào)試過程中，應(yīng)該一部分一部分的連接調(diào)試，接好一部分，再接另一部分，否則當(dāng)全部接好再調(diào)試的話，不僅浪費(fèi)時間，而且有問題的話無法排查。經(jīng)過仿真與實際連接，本套電路設(shè)計成功，可以達(dá)到預(yù)設(shè)效果。九、設(shè)計總結(jié)實習(xí)就是將從課本上的知識應(yīng)用于實際中，數(shù)字電路課程設(shè)計就是很好的實踐。在交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計中，充分的體現(xiàn)了動手能力和對課本知識的掌握程度。而設(shè)計過程又存在著許多的問題，由于電路試驗箱的地方有限，所以必須先合理的規(guī)劃每個模塊的位置，其次，芯片周圍的布線也得小心處理，粗心大意的代價就是局部短路。實習(xí)中更是將各個芯片的功能狀態(tài)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了一遍，熟練地用它們實現(xiàn)所需的功能。不過在所遇到的問題處理過程中有成功也有失敗，但這確實加強(qiáng)了自己的動手能力，最終我還是體會到成功的喜悅。十、參考文獻(xiàn)1 陳晰.數(shù)字電路試驗技術(shù)基礎(chǔ).電子工業(yè)出版社，19992 李元.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計.南京大學(xué)出版社，19973