基于數(shù)字電路交通紅綠燈設(shè)計(jì)

1、基于數(shù)字電路交通紅綠燈設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)目的3二、設(shè)計(jì)任務(wù)3三、設(shè)計(jì)要求4四、總體設(shè)計(jì)思路4五、電路設(shè)計(jì)模塊與分析51、交通燈控制系統(tǒng)的原理52、狀態(tài)控制電路63、初值預(yù)置電路84、數(shù)字顯示電路95、秒脈沖電路10六、總設(shè)計(jì)電路圖11七、 元件清單及其引腳功能12八、仿真故障13九、心得體會(huì)13十、參考文獻(xiàn)14一、設(shè)計(jì)目的1、 通過(guò)設(shè)計(jì)，鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)中的基本技能，訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時(shí)的設(shè)計(jì)能力。2、 通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的電路。3、 掌握常用集成器的一般設(shè)計(jì)方法。4、 訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力。5、 熟

2、練使用multisim軟件。二、設(shè)計(jì)任務(wù) 在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益增長(zhǎng)，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問(wèn)題也日益重要。因此，紅綠交通信號(hào)燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通信號(hào)燈常用與交叉路口，用來(lái)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。 自從交通燈誕生以來(lái)，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法也開(kāi)始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化、科學(xué)化、簡(jiǎn)便化。尤其是近幾年來(lái)，隨著電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計(jì)方法有了很大的改進(jìn)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段，這些為交通燈控制電路的設(shè)計(jì)

3、提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。三、設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)通過(guò)采用數(shù)字電路對(duì)交通燈控制電路的設(shè)計(jì)，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。1、東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時(shí)間25s。 2、南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時(shí)間25s。3、東西方向或南北方向黃燈亮，時(shí)間均為5s。 四、總體設(shè)計(jì)思路 1、根據(jù)本課題設(shè)計(jì)要求分析并畫出簡(jiǎn)易電路結(jié)構(gòu)框圖。2、按

4、照電路結(jié)構(gòu)框圖繪制電路原理圖。3、選定各部分集成電路元器件的類型。4、利用multisim軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行調(diào)試仿真。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，而確定交通燈控制器電路的系統(tǒng)工作框圖1。通過(guò)主控制計(jì)數(shù)器（74ls162）控制電路的運(yùn)作和紅綠黃燈三種信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換，用兩條qbqa輸出取四種狀態(tài)。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)的脈沖，通過(guò)兩片減法計(jì)數(shù)器（74ls192）達(dá)到控制東西方向和南北方向每種工作狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間的十位和個(gè)位。減法計(jì)數(shù)器的借位端為主控制電路翻轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)來(lái)完成狀態(tài)的改變，同時(shí)主控制電路的輸出狀態(tài)又控制了減法計(jì)數(shù)器的下次計(jì)數(shù)的初值。 采用譯碼器（74ls138）譯碼。減法計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位分

5、別接譯碼器和靜態(tài)數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間的倒計(jì)時(shí)。通過(guò)電路與靜態(tài)顯示管來(lái)循環(huán)顯示25、5、25、5這四個(gè)數(shù)。交通信號(hào)燈控制電路分為：·狀態(tài)控制電路 ·初值預(yù)置電路 ·數(shù)字顯示電路·秒脈沖電路秒脈沖譯碼·顯示東西方向信號(hào)燈南北方向信號(hào)燈減法計(jì)數(shù)器交通信號(hào)燈狀態(tài)控制預(yù)置數(shù)控制主控制電路圖1 五、電路設(shè)計(jì)模塊與分析1、交通燈控制系統(tǒng)的原理秒脈沖發(fā)生器東西方向信號(hào)燈25s5s信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器倒計(jì)時(shí) 計(jì)時(shí)器南北方向信號(hào)燈圖2 利用555定時(shí)器產(chǎn)生秒脈沖送至74ls192減法計(jì)數(shù)器，控制74ls192做減法計(jì)算。狀態(tài)控制電路74ls162進(jìn)行交通信號(hào)燈之間的轉(zhuǎn)換。74

6、ls138輸入端接74ls162輸出端，再對(duì)74ls192進(jìn)行預(yù)置數(shù)。2、狀態(tài)控制電路 主控電路屬于時(shí)序邏輯電路，狀態(tài)控制器是系統(tǒng)的核心部分，由它決定交通燈處于哪一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。從而使相應(yīng)的交通燈點(diǎn)亮，并決定下一個(gè)狀態(tài)的預(yù)置電路該預(yù)置的信號(hào)燈的預(yù)置值。通過(guò)74ls162控制主支干道紅綠黃燈亮滅的四種狀態(tài)s0（南北方向綠燈亮東西方向紅燈亮）s1（南北方向黃燈亮.東西方向紅燈亮，s2為南北方向紅燈亮.東西方向綠燈亮）s3（南北方向紅燈亮.東西方向黃燈亮）。 令燈亮為“1”、燈滅為“0”，南北干道紅綠黃等分別為r1、g1、y1，東西干道紅綠黃等分別為r2、g2、y2，東西、南北方向交通信號(hào)燈的工作是同

7、時(shí)進(jìn)行的。前25秒南北方向綠燈亮東西方向紅燈亮，之后5秒南北方向黃燈亮.東西方向紅燈亮，之后25秒南北方向紅燈亮東西方向綠燈亮，接著5秒南北方向紅燈亮.東西方向黃燈亮，一次循環(huán)為60秒。狀態(tài)流程圖如下：s0s3s2s15s5s25s25s圖3信號(hào)燈電路真值表如表1：輸入輸出qbqar1g1y1r2g2y2狀態(tài)00010100s001001100s110100010s211100001s3由真值表寫出邏輯表達(dá)式如下：s1=s2=s3=r1=g1=y1=r2=g2=y2=分析說(shuō)明：74ls162輸出為0011時(shí)置數(shù)，接成四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，clk接狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。圖4根據(jù)邏輯表達(dá)式式連接電路如圖4：3

8、、初值預(yù)置電路 當(dāng)交通燈控制系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，該部分電路將實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換功能。由于multisim的問(wèn)題，本來(lái)預(yù)置數(shù)為25、5、25、5，現(xiàn)在根據(jù)原理，預(yù)置數(shù)要改為35、5、35、5，將數(shù)碼管顯示南北方向綠燈和東西方向紅燈的預(yù)值（25秒），預(yù)置：0011、0101；當(dāng)其減到0時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生借位，此時(shí)南北綠燈和東西方向紅燈同時(shí)滅。然后將南北方向黃燈和東西方向紅燈的預(yù)值（5秒），預(yù)置0000、0101；重復(fù)上述轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能。預(yù)置數(shù)如表2：預(yù)置數(shù)十位個(gè)位譯碼器輸出dcbadcba3500110101y05000001012500000101y3預(yù)置數(shù)電路如

9、圖5：圖5 電路分析：由預(yù)置數(shù)表可知，低位計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)始終為五，可a和c相連接高電位直接置數(shù)。高位的置數(shù)在3和0之間交替進(jìn)行，可將高位的低兩位a和b相連，由譯碼器輸出控制。紅綠燈的狀態(tài)由（74ls138）譯碼，在輸出端產(chǎn)生y0、y1、y2、y3四個(gè)置數(shù)信號(hào)。4、數(shù)字顯示電路 用兩片計(jì)數(shù)器74ls192接成百進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，低位片的借位輸出端接高位片的脈沖輸入端。高位的借位端用作主控制電路翻轉(zhuǎn)的脈沖信號(hào)來(lái)完成狀態(tài)的改變，同時(shí)主控制電路的輸出狀態(tài)又控制了減法計(jì)數(shù)器的下次計(jì)數(shù)的初值。由置數(shù)模塊采用譯碼器（74ls138）譯碼。減法計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位分別接譯碼器和靜態(tài)數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間的倒計(jì)時(shí)。通過(guò)電

10、路與靜態(tài)顯示管來(lái)循環(huán)顯示25、5、25、5這四個(gè)數(shù)。圖6電路如圖6：5、秒脈沖電路 以555定時(shí)器接外接電路形成多諧振蕩器，輸出頻率為1hz的脈沖信號(hào)，用作74ls162計(jì)數(shù)器及74ls192減法計(jì)數(shù)器的clk信號(hào)。 由脈沖頻率公式：要使f=1hz，可選擇r1=43k，r2=50k，c=10f。形成電路圖7：圖7 電路說(shuō)明：由于multisim仿真速度的限制，無(wú)法有效觀看倒計(jì)時(shí)效果，將實(shí)際電路改為由555產(chǎn)生1khz的方波信號(hào)來(lái)代替秒脈沖電路。使f=1khz，可選擇r1=43k，r2=50k，c=10nf。圖8六、總設(shè)計(jì)電路圖七、元件清單及其引腳功能元件清單表3：數(shù)量名稱作用174ls162同

11、步計(jì)數(shù)器1555定時(shí)器174ls138編碼器274ls192減法計(jì)數(shù)器2dcd_hex數(shù)碼管474ls08與門174ls00與非門474ls04非門174ls32或門2r電阻1c電容6信號(hào)燈顯示紅綠黃輸出端電源接地復(fù)位端放電端閾值端觸發(fā)端控制端圖10輸出端輸入端計(jì)數(shù)控制端進(jìn)位端置數(shù)端清零端cp圖9引腳功能輸出端數(shù)碼控制碼圖11輸出端借位端進(jìn)位端輸入端置數(shù)端清零端加計(jì)數(shù)時(shí)鐘減計(jì)數(shù)時(shí)鐘圖12八、仿真故障1、兩個(gè)路口燈亮狀態(tài)不符合設(shè)計(jì)要求。 經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)紅燈接反，改正之后電路正常。2、 預(yù)置數(shù)接25時(shí)仿真結(jié)果為15，不符合設(shè)計(jì)要求。 將預(yù)置數(shù)改為35后電路正常。3、 顯示正常，但是沒(méi)有倒計(jì)時(shí)，測(cè)555輸出頻率發(fā)現(xiàn)幾乎沒(méi)有。 將頻率調(diào)升至1khz后電路正常。九、心得體會(huì) 通過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)，不但使我們對(duì)各類芯片的功能及工作原理的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的提高，而且加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，與錯(cuò)誤檢測(cè)的水平。使我們對(duì)數(shù)字電路這門課有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，不但提高了我們的實(shí)踐水平，還使我們對(duì)電路設(shè)計(jì)軟件的使用變得更加熟練，為我們今