數(shù)電課程設計-交通燈綜述

1、數(shù)字邏輯電路課程設計報告設計交通燈控制電路班級： 電子信息工程 0911 班 姓名 : 韓遠兵( 2009128136)王志超( 2009128131)姜 威( 2009128140) 組號：第一組 指導老師：吳學軍目、交通信號燈的設計要求 二、交通信號燈基本原理及設計方法三、主控制器電路四、計數(shù)器電路五、譯碼顯示電路 六、燈控制電路 七、頻率產(chǎn)生電路原理圖八、仿真圖及安裝調(diào)試結果分析九、電子元器件清單 十、心得體會 十一、參考文獻 十二、附錄 附錄一、電路總圖 附錄二、 PCB 圖 附錄三、作品照片圖 一、交通信號燈的設計目的以及要求十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全運行。 實現(xiàn)紅綠

2、燈的自動指 揮是城市交通自動化的重要課題。 本課題利用數(shù)字路的基本知識和設計方法， 設 計一個簡單的交通燈控制系統(tǒng)要求。1. 掌握系統(tǒng)設計的一般步驟和方法， 掌握一個大的系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的相 互作 用和相互制約關系；2. 運用數(shù)字電路理論知識自行設計并實現(xiàn)一個較為完整的小型數(shù)字系統(tǒng)。 通 過系統(tǒng)設計、電路安排與調(diào)試、 寫設計論文等環(huán)節(jié)， 初步掌握工程設計的具體步 驟和方法，提高分析問題和解決問題的能力，提高實際應用水平；3. 學會用中規(guī)模器件設計一個符合要求的系統(tǒng)， 并熟悉常用中規(guī)模器件的用 法。4. 學會按照電路圖在面包板上合理布局使各器件在系統(tǒng)中的連線更簡單， 清 晰；5. 掌握連接實物

3、圖的一般步驟和方法， 學會系統(tǒng)安裝與調(diào)試的一般步驟和方 法。6. 在實踐中運用理論知識，培養(yǎng)實際動手能力；7. 主干道的通行時間長于支干道的通行時間；8. 每次由綠燈變?yōu)榧t燈或由紅燈變?yōu)榫G燈的前 5 秒四個路口要亮黃燈以提 示過往車輛及行人注意路燈變化，安全通行；9. 設計正計時 30s、 20s 計時數(shù)碼實現(xiàn)電路，要求每秒鐘改變一次數(shù)字； 10在一個主支干道的十字路口，東西和南北方向各設置一個紅，黃，綠三 種顏色的交通燈。 紅燈亮表示禁止通行， 綠燈亮表示可以通行。 在綠燈變紅燈時 先要求黃燈亮 5 秒鐘，以便讓后來車輛準備停車。 由于主干道車輛較多， 支干道 車輛較少，所以要求主干道處于通

4、行狀態(tài)的時間要長一些，為30 秒；而支干道通行時間為 20 秒。、交通信號燈基本原理及設計方法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下圖所示。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。主干道紅黃綠支紅干黃道綠設主干道通行時間為 N1，干道通行時間為 N2，主、支干道黃等的時間均 為 N3按主支干道通行的時間來看， 設置 N1 N2N3。系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。要實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控

5、制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、 計數(shù)器、主控制器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)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(shù)、譯碼顯示器。交通信號燈控制原理電路框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，持續(xù)時間為 30s。 2）第 30s 后，主干道停車，支干道仍不通行，持續(xù)時 間為 5s。3）第 35s 后，主干道不通行，支干道通行，持續(xù)時間為 20s。4）第 55s后，主干道仍不通行，支干道停車，持續(xù)時間為 5s。第 60s后又回到第一種 情況，如此循環(huán)。因此，要求主控制電路

6、有 4 種狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。5s 后 5s 后狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖三、主控制器電路主控制器的邏輯圖主控制電路用 74LS90芯片控制。采用反饋歸零法構成 4進制計數(shù)器 ,即可從 輸出端 QBQA 得到所要求的 4 個狀態(tài)，如下圖。QBQAS000S101S210S311計數(shù)器電路圖6計數(shù)器電路采用 74LS192 芯片，74LS192 既可以做加計數(shù)也可以做減計數(shù)， 本電路采用 74LS192 的減計數(shù)電路。計數(shù)器除需要秒脈沖作時鐘信號 CP外，還 應受主控制器的狀態(tài)控制。計數(shù)器的工作情況為：計數(shù)器在主控制器進入狀態(tài) S0時開始 30s倒計時計數(shù)； 30s 后產(chǎn)生歸零脈沖，使計數(shù)器歸零、重新置數(shù)

7、，并 向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 CT，主控制器進入狀態(tài) S1，計數(shù)器開始 5s 倒計時 計數(shù)； 5s 后又產(chǎn)生歸零脈沖，使計數(shù)器歸零、重新置數(shù)，并向主控制器發(fā)出狀 態(tài)轉(zhuǎn)換信號 CT，主控制器進入狀態(tài) S2，計數(shù)器開始 20s 倒計時計數(shù)； 20s 后也 產(chǎn)生歸零脈沖，使計數(shù)器歸零、重新置數(shù)，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號CT，主控制器進入狀態(tài) S3，計數(shù)器又開始 5s 倒計時計數(shù)； 5s 后同樣產(chǎn)生歸零脈沖， 使計數(shù)器歸零、重新置數(shù)，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號CT，主控制器回到狀態(tài) S0，開始新一輪循環(huán)。五、譯碼顯示電路譯碼顯示電路圖譯碼器是用 CD4511芯片，顯示用七段共陰數(shù)碼管。 CD

8、4511是一種 BCD 碼輸入端,其中 A、B、C、D是輸入端； a、b、c、d、e、f、g是輸出端，輸出高 電平有效，和七段共陰數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f 、g相互連接。下圖是輸入值 A、B、C、D和輸出值 a、b、c、d、e、f、g 與顯示數(shù)字的關系。六、燈控制電路燈控制電路圖燈亮電路根據(jù)主控制電路 Q0、Q1 輸出信號來控制主干道、支干道紅綠黃 的亮滅。 Q1輸出端連接主干道綠燈（ 1G）與支干道紅燈（ 2R）；Q1 輸出端經(jīng)過 非門后連接主干道紅燈（ 1R）和支干道綠燈（ 2G）；CP 信號和 Q0、 Q1端經(jīng)過 三與非門與主干道黃燈（ 1Y）連接， CP信號和 Q1、Q0 端經(jīng)

9、過三與非門和支干 道黃燈（ 2Y）連接。主控制器的 4 種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅、黃、綠燈的亮與滅。設燈亮 為 1 ，燈滅為 0 ，則控制信號燈的譯碼電路的真值表。表控制信號燈的譯碼電路的真值表主控制器狀態(tài)主干道支干道Q1Q01R1Y1G2R2Y2GS000001100S101010100S210100001S311100010七、頻率產(chǎn)生電路原理圖CD4060是分頻器， 32768Hz信號通過分頻器，經(jīng)過 214分頻后可獲得2Hz的脈沖信號。然后通過 74LS74經(jīng)過 2分頻后，得到 1Hz的 CP信號。八、仿真圖及安裝調(diào)試結果分析在電路板上按整機框圖把主控制器、 計數(shù)器、 信號燈譯碼器

10、、 數(shù)子顯示譯碼 器和秒脈沖信號發(fā)生器焊接好然后按以下步驟進行調(diào)試：1秒脈沖信號發(fā)生器的調(diào)試，按照平時吳老師在實驗時教的方法逐級調(diào)試 振蕩電路和分頻電路，使輸出設計符合設計要求。2將秒脈沖信號送入主控制器的 CP端，觀察主控制器的狀態(tài)是否是按 00、 01、10、11、00的規(guī)律變化。3將秒脈沖信號送入計數(shù)器的 CP 端，接入主控制器的狀態(tài)信號 X0、X1， 并把主控制器的狀態(tài)信號送入主控制器的 CP端，觀察計說器是否按 30 秒、5 秒、 20秒、5 秒、30秒循環(huán)計數(shù)。4把主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 X1、X0接至信號燈的譯碼電路， 觀察 6 個發(fā) 光二極管是否按設計要求發(fā)光。5整機聯(lián)調(diào)，使交

11、通信號燈控制電路正常工作。以上是本次設計的全過程，由以上分析知此設計所需材料有：3片 74LS90、2 片 CD4511和 2 個共陰數(shù)碼管、 1 個 555 定時器、 3 片 74LS04、 1 片 74LS20、 1 片74LS00、1片 74LS10、14個470 ohm電阻、 2個 4.7k 電阻、6個390 ohm電 阻、1個100UF電容、 1個0.01UF 電容和導線若干。10九、電子元器件清單電阻： 10M 歐 1個、 240歐 6個電容： 30pf 2 個晶振： 32768Hz 1 個數(shù)字芯片：74LS04、74LS09、74LS10、74LS74、CD4060、74LS90

12、 各 1 個 74LS192、CD4511 各 2 個共陰數(shù)碼管： 2 個發(fā)光二極管：紅、綠、黃 各 2 個十、心得體會通過這次的模擬電路課程設計， 讓我們學會了如何獨立完成一個數(shù)字電路系 統(tǒng)的設計，相互合作的重要性。首先，數(shù)字電路是一門理論性很強，很需要經(jīng)驗的一門學科，想要學好它需 要付出足夠的努力， 要多動手才能有收獲， 課程設計就給了我們一個很好的實踐 的機會，以前很少用純數(shù)字電路去做東西， 但是通過這次的數(shù)子電路課設， 讓我 對數(shù)字電路有了新的看法。其次，通過安裝調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)理論上可行的電路很有可能調(diào)試不出結果， 這就需要我們來對電路進行整體的分析， 考慮到各個環(huán)節(jié)的影響， 才能發(fā)現(xiàn)問題。最后，通過這次數(shù)字電路的課設，給我最大收獲的不是其它的，而是如何去 解決問題， 在做課設的過程中， 遇到問題是很正常的， 但是如何解決這些問題才 是我們更應該重視的。課程設計是一個提高我們整體水平的好方法， 希望我們以后還有更多的機會 來做課程設計。十一、參考文獻1 康華光. 電子技術基礎數(shù)字部分 .武漢:華中科技大學出版社， 2006