數(shù)電交通燈控制電路

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目： 交通燈控制電路設(shè)計(jì) 院 系： 班 級(jí)： 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）任務(wù)書姓 名：院（系）：專 業(yè)：學(xué) 號(hào)：任務(wù)起止日期：課程設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路課程設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制器，控制A,B兩條交叉道路上的車輛通行，東西方向?yàn)橹鞲傻繟，南北方向?yàn)楦备傻繠；具體要求如下：1、每條道路設(shè)一組信號(hào)燈，每組信號(hào)燈有紅、黃、綠3個(gè)燈組成，綠燈表示允許通過，紅燈表示禁止通行，黃燈表示該車道上已過停車線的車輛繼續(xù)通行，未過停車線的車輛停止通行。2、主干道通行25秒，南北通行時(shí)間為2

2、5秒。3、每次變換通行車道之前，要求黃燈先亮5s，才能變換通行車道。工作計(jì)劃及安排：1、查閱資料。分析比較、選擇設(shè)計(jì)方案；2、總體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、繪制電路原理圖；3、軟件仿真及調(diào)試。利用Proteus軟件構(gòu)建電路，進(jìn)行虛擬仿真;4、故障排除。根據(jù)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，逐一查找原因，排除故障，使電路達(dá)到設(shè)計(jì)要求；5、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。寫出設(shè)計(jì)思路、工作原理，畫出電路結(jié)構(gòu)框圖，繪出電路原理圖，給出設(shè)計(jì)參數(shù)及調(diào)試電路數(shù)據(jù)，分析設(shè)計(jì)中遇到的問題和解決方法及設(shè)計(jì)心得體會(huì)；6、答辯。指導(dǎo)教師簽字 年 月 日課程設(shè)計(jì)（大作業(yè)）成績(jī)學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師課程設(shè)計(jì)題目：交通燈控制電路總結(jié)：通過為期一

3、周的課程設(shè)計(jì)，我應(yīng)用所學(xué)數(shù)字邏輯的知識(shí)順利得完成了交通燈控制器的設(shè)計(jì)。在此期間，我查閱里很多相關(guān)書籍，在網(wǎng)上查了一些相關(guān)芯片的資料，學(xué)到了很多知識(shí)，并利用它們?cè)O(shè)計(jì)了符合設(shè)計(jì)要求計(jì)數(shù)器、控制電路等電路的仿真。不僅鞏固了課堂知識(shí)，而且有效的和實(shí)際結(jié)合在了一起，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考、解決問題的能力，并擴(kuò)展了所學(xué)知識(shí)和見識(shí)。通過這一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。在課程設(shè)計(jì)過程中，光有理論知識(shí)是不夠的，還必須懂一些實(shí)踐中的知識(shí)。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)把我在大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)電年來(lái)所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，既鍛煉了我們的實(shí)際

4、操作能力，又使理論知識(shí)得以加強(qiáng)和升華，激發(fā)了創(chuàng)新意識(shí)。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：填表時(shí)間：指導(dǎo)教師簽名：目錄一、設(shè)計(jì)目的5二、設(shè)計(jì)思路5三、設(shè)計(jì)過程53.1、方案論證53.2、單元電路的設(shè)計(jì)83.2.1秒脈沖發(fā)生器83.2.2定時(shí)器103.2.3控制器113.2.4譯碼電路133.2.5顯示部分15四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果16五、主要元件17六、結(jié)論17七、設(shè)計(jì)心得體會(huì)17八 、附錄18九、參考文獻(xiàn)18交通燈控制電路一、設(shè)計(jì)目的（1）熟悉集成電路的引腳安排。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。（4）了解數(shù)字交通燈控制電路的組成及工作原理。（5）學(xué)會(huì)用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的原理

5、圖進(jìn)行仿真。（6）熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設(shè)計(jì)與制作。二、設(shè)計(jì)思路（1）設(shè)計(jì)秒脈沖發(fā)生器（2）設(shè)計(jì)交通燈定時(shí)電路（3）設(shè)計(jì)交通燈控制電路（4）設(shè)計(jì)交通燈譯碼電路（5）設(shè)計(jì)交通燈顯示時(shí)間電路三、設(shè)計(jì)過程 3.1、方案論證方案： 用數(shù)電電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈控制 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行

6、的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。 TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。    圖1-1 系統(tǒng)的原理框圖交通燈控制器的ASM 如圖1-3所示（1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （2）乙車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY

7、時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能

8、如表1、2所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下表1-2規(guī)定：表1-2控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）甲綠、乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01） 甲黃、乙紅甲車道緩行，乙車道禁止通行S3（11）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，乙車道通行S2（10）甲紅，乙黃甲車道禁止通行，乙車道緩行AG=1甲車道綠燈亮甲車道通行BG=1乙車道綠燈亮乙車道通行AY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行BY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行AR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行BY=1乙車道紅燈亮乙車道禁止通行由此得到交通燈的ASM圖，如 圖1-3所示。設(shè)控制

9、器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間小于25秒時(shí)，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間等于25秒時(shí)，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個(gè)工作狀態(tài)。圖1-3 交通燈的ASM圖3.2、單元電路的設(shè)計(jì) 3.2.1秒脈沖發(fā)生器 秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8=15K、R9=68K,C3=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)C2ln2當(dāng)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1-4所示， R9=68K、C3=10uF組成

10、一個(gè)串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個(gè)方波信號(hào)，C3上得到一個(gè)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(hào)和3腳上的輸出方波。圖1-4 秒脈沖發(fā)生器原理圖秒脈沖還可以由芯片CD4060和74LS74及其外圍電路構(gòu)成如圖1-4-4，該電路選用石英晶體結(jié)構(gòu)成振蕩器，在經(jīng)過分頻電路得到秒脈沖。振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。如果精度要求不高也可以采用集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器以及由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。因此，該設(shè)計(jì)選著由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生秒脈沖。 圖1-4-4 石英

11、晶體和分頻器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器3.2.2定時(shí)器 定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計(jì)數(shù)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)TY和模25的定時(shí)信號(hào)TL。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS160是10進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS160功能表如表4-1所示。表4-1CLK RD LD EP ET工作狀態(tài)XXX 01111X0111 X X X X 0 1 X 0 1 1置零預(yù)置數(shù) 保持保持（C=0） 計(jì)數(shù)表中RD是低電平有效的同步清零輸

12、入端，LD是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，EP、ET是計(jì) 圖1-3 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進(jìn)位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。設(shè)計(jì)如圖1-5 圖1-5 交通燈定時(shí)器其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CLK分別送給兩個(gè)74LS160的清零端9處。如圖所示：輸入端3.4.5.6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(dāng)時(shí)11、14處產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖時(shí)才能觸發(fā)U1中的14產(chǎn)生脈沖。當(dāng)U13C74LS04的ST信號(hào)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(jié)果是秒脈沖的25倍。3.2

13、.3控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表1-6所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器74LS74做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時(shí)，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無(wú)關(guān)，所以用無(wú)關(guān)項(xiàng)"X"表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。表1-6 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人

14、或狀態(tài)轉(zhuǎn)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(xiàng)相或，即可得到下面的方程： 根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)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(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能?？刂破髟韴D如圖1-7所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。由兩個(gè)雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153和一個(gè)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(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)4種狀態(tài)的相互交換。圖1-7 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U(xiǎn)4的5

15、和U5的4和5；TY非接入U(xiǎn)4的4。如上圖所示：74LS74兩個(gè)D觸發(fā)器作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。3.2.4譯碼電路譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上2個(gè)交通燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表1-8所示。表中A、B代表甲、乙車道。表1-8 控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表Q1 Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈 BR紅燈0 01000010 10100011 00011001

16、 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(shí)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(shí)加到定時(shí)器74LS160芯片的情況下，通過芯片74LS10將會(huì)輸出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結(jié)果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號(hào)是后者的1/5。將定時(shí)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(huì)輸出高低變化的電平?？刂破髦械男盘?hào)在送給由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏

17、輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過交通燈上的小燈的正常閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路圖設(shè)計(jì)如圖1-9圖1-9譯碼器部分原理圖3.2.5顯示部分顯示部分由74LS48和共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作為譯碼器，對(duì)74LS160的輸出信號(hào)進(jìn)行譯碼，然后通過七段數(shù)碼管顯示出74LS160的計(jì)數(shù)。即交通燈需要顯示的時(shí)間。其設(shè)計(jì)如圖1-9 圖1-9 由74LS48和數(shù)碼管組成的電路四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果（1）組裝調(diào)試秒脈沖電路。（2）進(jìn)行定時(shí)電路的組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行增計(jì)時(shí)，當(dāng)增計(jì)時(shí)到25時(shí)，能輸電有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào)。（3）調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。 （4）判斷各部分電路之間的時(shí)

18、序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求。最終調(diào)試如下：接上電源,便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的0秒，以每秒增1，增到25到0時(shí)，甲道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時(shí)甲車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；乙車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。五、主要元件集成電路：NE551片 74LS1602片 74LS082片 74LS042片 74LS1532片 74LS742片 74LS482片 5106AS2片74LS201片（74LS04芯片含有4個(gè)非門，08、20芯片同上）電阻： 200歐姆9個(gè) 15K歐姆1個(gè) 68K歐姆1個(gè) 電容： 0.01uF1片 10uF2片其他：發(fā)光二極管6個(gè)六、結(jié)論1、能實(shí)現(xiàn)的功能   交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和計(jì)時(shí)時(shí)間的顯示，基本能實(shí)現(xiàn)甲、乙道路直行和轉(zhuǎn)彎燈的顯示功能。2、不足之處   交通燈中沒有右轉(zhuǎn)燈，用的芯片太多。七、設(shè)計(jì)心得體會(huì)開始拿到題目的時(shí)候，不知道怎么去做,因?yàn)槲沂前胪静砰_始學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的，基礎(chǔ)并不是很好。平常做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候都是一知半解。剛開始的時(shí)候我很迷惑，各種不懂與煩躁。后來(lái)慢慢的去查資料，去網(wǎng)上找相同的設(shè)計(jì)來(lái)看。慢慢的我開始有一點(diǎn)了解。在隊(duì)