數(shù)電課程設(shè)計-交通燈

1、數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計報告設(shè)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(dǎo)老師：吳學(xué)軍目 錄一、交通信號燈的設(shè)計要求二、交通信號燈基本原理及設(shè)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(jié)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(shè)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)紅綠燈的自動指揮是城市交通

2、自動化的重要課題。本課題利用數(shù)字路的基本知識和設(shè)計方法，設(shè)計一個簡單的交通燈控制系統(tǒng)要求。1.掌握系統(tǒng)設(shè)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(guān)系；2.運用數(shù)字電路理論知識自行設(shè)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(shè)計、電路安排與調(diào)試、寫設(shè)計論文等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)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(yīng)用水平；3.學(xué)會用中規(guī)模器件設(shè)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(xué)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.掌握連接實物圖的一般步驟和方法，學(xué)會系統(tǒng)安裝與調(diào)試的一般步驟和方法。6.在

3、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(shè)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(shè)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。二、交通信號燈基本原理及設(shè)計方法 十字路口的紅綠

4、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(shè)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。 設(shè)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(shè)置N1N2N3。系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。主干道綠燈亮，支干道紅燈亮計數(shù)器由N1到30遞增計數(shù)主干道黃燈亮，支干道紅燈亮計數(shù)器由N3到5遞增計數(shù)主干道紅燈亮，支干道綠燈亮計數(shù)器由N2到20遞增計主干道紅燈亮，支干道黃燈亮計數(shù)器由N3到

5、5遞增計S1S2S3S0 要實現(xiàn)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)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(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計數(shù)、譯碼顯示器。 顯示器譯碼器計數(shù)器時鐘信號發(fā)生器支干道信號燈信號燈譯碼驅(qū)動電路主干道信號燈主控電路交通信號燈控制原理電路框圖十字路口車輛運行情況只有4種可能：1）設(shè)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

6、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，要求主控制電路有4種狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。S0S1S2S3 30s后 5s后 20s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(gòu)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。QBQAS000S101S210S311四、計數(shù)器電路計數(shù)器電路圖 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(yīng)受主控制器的狀態(tài)控制。計數(shù)器的

7、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)，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

8、路圖 譯碼器是用CD4511芯片，顯示用七段共陰數(shù)碼管。CD4511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(chǔ)、B、C、D和輸出值a、b、c、d、e、f、g與顯示數(shù)字的關(guān)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、端經(jīng)過三與非門與主干道黃燈（1Y）連接，CP信號和Q1、Q0端

9、經(jīng)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(shè)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 Q1 Q0 1R 1Y 1G2R 2Y 2GS0 0 0 S1 0 1S2 1 0S3 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 01 001 000 010 10七、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(jié)果分析在電路板上按整機框

10、圖把主控制器、計數(shù)器、信號燈譯碼器、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(shè)計符合設(shè)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(shè)計要求發(fā)光。5整機聯(lián)調(diào)，使交通信號燈

11、控制電路正常工作。 以上是本次設(shè)計的全過程，由以上分析知此設(shè)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(dǎo)線若干。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 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(shè)計，讓我們學(xué)會了如何獨立完成一個數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)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(xué)科，想要學(xué)好它需要付出足夠的努力，要多動手才能有收獲，課程設(shè)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(shè)，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(jié)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(shè)，給我最大收獲的不是其它的，而是如何去解決問題，在做