數(shù)字電子技術：交通燈控制電路設計

1、數(shù)字電子技術課程設計課程設計報告課程名稱： 數(shù)字電子技術 設計題目： 交通燈控制電路設計 院 系： 班 級： 設 計 者： 學 號： 指導教師： 目 錄一、設計目的2二、設計要求和設計指標2三、設計內(nèi)容23.1 總體設計23.1.1交通燈控制的實現(xiàn)23.1.2總原理圖43.2 單元電路的設計53.2.1秒脈沖發(fā)生器53.2.2定時器53.2.3譯碼電路63.2.4控制器73.2.5顯示部分93.3 仿真結果與分析10四、總結10五、主要參考文獻11交通燈控制電路設計一、設計目的由一條主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三

2、色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時間?？吭诮芯€內(nèi)。實現(xiàn)紅、綠燈的自動指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。二、設計要求和設計指標（1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。（2）當主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時，主干道亮紅燈。（3）主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。設計30s和20s計時顯示電路。（4）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，要亮5s的黃燈作為過渡，設置5s計時顯示電路。三、設計內(nèi)容3.1 總體設計3.1.1交通燈控制的實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和

3、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控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，控制區(qū)是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。秒脈沖發(fā)生器定時器控制器譯碼器甲車道信號燈乙車道信號燈圖1 系統(tǒng)的原理框圖設控制器的初始狀態(tài)為S0，當S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0,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，并轉換到下一個工作狀態(tài)。如圖2所示：TLAGBRSTSTAYBRTYARBYTYSTSTAGBRTL圖2 交通燈的ASM圖3.1.2總原理圖A7QA13B1QB12C2QC11

4、D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U174LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U374LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U474LS160+5V123U5:A74LS00121312U6:A74LS10+5V+5V12U7:A74LS0434U7:B74LS0456U7:C74LS041X06

5、1Y71X151X241X332X0102Y92X1112X2122X313A14B21E12E15U874LS1531X061Y71X151X241X332X0102Y92X1112X2122X313A14B21E12E15U974LS153+5VD2Q5CLK3Q6S4R1U10:A74LS74D12Q9CLK11Q8S10R13U10:B74LS74123U11:A74LS08456U11:B74LS089108U11:C74LS08121311U11:D74LS08R1200C110nF+5V+5V+5VR2200R3200R4200R5200R6200R7200D1LED-REDD2

6、LED-REDD3LED-GREEND4LED-GREEND5LED-YELLOWD6LED-YELLOWR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U12NE555+5VC20.01uFC310uFR868kR915k?ABCDRSTCLKCE圖3 總原理圖3.2 單元電路的設計3.2.1脈沖信號發(fā)生器脈沖信號發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8、R9、C3 的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)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。 如圖4所示，R9、C3組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出

7、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。圖4 脈沖信號發(fā)生器原理圖3.2.2定時器定時器由與系統(tǒng)脈沖信號（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的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS160進行設計。74LS160是十進制同步加法計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。設計圖如圖5所示：圖5 交通燈定時器其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖

8、CLK分別送給兩個74LS160的清零端9處。如圖所示：輸入端4，4，5，6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11、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。3.2.3譯碼電路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)，翻譯成車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表1所示。表1 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表Q1 Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈BR

9、紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010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。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

10、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)。電路設計如圖6：圖6 譯碼器部分原理圖3.2.4控制器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2所示。選用兩個D觸發(fā)器74LS74作為時序寄存器產(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)；否則控制器轉換到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。表2 控制器狀態(tài)

11、轉換表輸 入輸 出現(xiàn) 態(tài)狀態(tài)轉換條件次 態(tài)狀態(tài)轉換信號Q1n Q0nTL TYQ1n+1 Q0n+1ST0 00 00 10 11 11 11 01 00 X1 XX 0X 10 X1 XX 0X 10 00 10 11 11 11 01 00 001010101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 、Q0n+1 和ST為1的項所對應的輸入或狀態(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。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>

12、制器原理圖如圖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重狀態(tài)的相互交換。圖7 交通燈控制器其原理為：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。3.2.5顯示部分顯示部分由74LS48的共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作

13、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。其設計圖如圖8：圖8 由74LS48和數(shù)碼管組成的電路3.3 仿真結果與分析首先連接調(diào)試秒脈沖電路。其次進行定時電路的連接和調(diào)試。當輸入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秒時，能輸電有效的定時時間到信號。判斷各部分電路之間的時序配合關系，然后檢查各部分的功能，使其滿足設計要求。當電路檢查無誤后，開始播放，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定為25秒。時間顯示器從預置的0秒，以每秒增1，增到25時換為0時，紅燈轉換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0時，甲車道又由黃燈轉換為紅燈，乙車道的紅燈轉換為綠燈。由此循環(huán)下去。四、總結剛開始拿到題目時，真的是無從下手，因為自己對這門課不是那么的熟悉，學的也不是很好，做課程設計時，只能不斷的翻書或查資料。這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力，由于時間比較緊，所以控