數(shù)電交通燈課程設計(定稿)doc

1、華北科技學院課程設計交通燈控制電路目錄1設計目的 22設計任務和要求 33設計思路 34設計過程 3 4.1方案論證3 4.2電路設計7 4.2.1秒脈沖發(fā)生器 7 4.2.2定時器9 4.2.3控制器 11 4.2.4譯碼電路 14 4.2.5顯示部分 155系統(tǒng)調試與結果16 6結論 17 7設計心得體會178附錄 18 9 參考文獻 20交通燈控制電路1 、設計目的（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）了解面包板結構及其接線方法。（4）了解數(shù)字交通燈控制電路的組成及工作原理。（5）學會用仿真軟件對設計的原理圖進行仿真。（6）熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設計

2、與制作。2、設計任務和要求： 設計一個十字路口交通信號燈控制器，其要求如下： 1 它們的工作方式滿足圖1順序的工作流程，途中設南北向的紅、黃、綠燈分別為NSR、 NSY、NSG，東西向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG，其中紅燈(R)亮，表示該條道路禁止通行，黃燈(Y)亮表示停車，綠燈(G)亮表示允許通行。 2 兩個方向的工作時序：東西向亮紅燈時間應等于南北向亮黃、綠燈時間之和，南北向亮紅燈時間應等于東西向亮黃、綠燈時間之和。 3 十字路口有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。 4 可以手動調整和自動調整，夜間為黃燈閃耀。3.設計思路（1）設計秒脈沖發(fā)生器（2）設計交通燈

3、定時電路（3）設計交通燈控制電路（4）設計交通燈譯碼電路（5）設計交通燈顯示時間電路4.設計過程 4.1方案論證方案一 用數(shù)電電子技術來實現(xiàn)交通燈控制 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，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中：用甲車道表示南北方向的道路，乙車道表示東西方向的車道。 TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為30秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。 TY

4、：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 圖1 系統(tǒng)的原理框圖 交通燈控制器的ASM 如圖2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)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(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)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 （3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表

5、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)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(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)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(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)及功能如表1、2所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈

6、的驅動信號合二為一，并作如下表1規(guī)定：表1 控制器的工作狀態(tài)及功能控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(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NSG=1甲車道綠燈亮甲車道通行EWG=1乙車道綠燈亮乙車道通行NSY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行EWY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行NSR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行EWY=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2所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25

7、秒時，TL=0（用判斷框表示TL），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ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。圖2 交通燈的ASM圖方案二 用單片機技術來實現(xiàn)交通燈控制 用單片機技術來來實現(xiàn)交通燈控制是最容易實現(xiàn)的，而且該電路可靠性也很高，但是這是要求設計者要有單片機編程的基礎上才能完成設計。由于本人單片機編程基礎不是很好，所以選用了數(shù)字電子技術來實現(xiàn)交通燈控制。4.2單元電路的設計 4.2.1秒脈沖發(fā)生器 秒脈沖發(fā)生器由LM555CN電路及外圍電路組成，其中R16=10K、R15=10K,R23=100K,C1=10nF,C2

8、=1uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R23+2R16)C1ln2當T=1S，即可湊出R8、R9、C2其中C2=1uF是為了保持輸出的波形的穩(wěn)定。 如圖3所示， R16=10K、R15=10K,C2=1uF組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在LM555CN的7腳上輸出一個方波信號，C2上得到一個三角波。此三角波送到NE555的2腳輸入端。由LM555CN內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3 秒脈沖發(fā)生器原理圖秒脈沖還可以由芯片CD4060和74LS74及其外圍電路構成如圖5，該電路選用石英晶體結構成振蕩器，在經過分頻電路得到秒脈沖。振蕩器的頻率越高，計時精

9、度越高。如果精度要求不高也可以采用集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器以及由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。因此，該設計選著由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器來產生秒脈沖。圖4 石英晶體和分頻器構成的秒脈沖發(fā)生器4.2.2定時器 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產生器提供）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，首先置數(shù)，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從置入的數(shù)開始進行減1計數(shù)，當減到零時通過非同步借位輸出端向控制器提供脈沖。計數(shù)器選用集成電路40192BD進行設計較簡便。40192BD是10進制同步減法計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。40192BD功

10、能表如表2所示。表2 40192BD功能表CLKCPUCPD PL MR工作狀態(tài)XX XX1X X 1 1000X011 置零 預置數(shù) 減計數(shù) 加計數(shù)表中PL是高電平有效的同步清零輸入端，MR是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CPU是減計數(shù)端，CPD是加計數(shù)端，CIK為脈沖。 圖5 交通燈定時器其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產生的秒脈沖CLK送給U6的減計數(shù)端，如圖5所示，MR接低電平，CPU接高電平，1、9輸入端接地，10、15輸入端接控制器輸出的信號，2、3、6、7輸出端接4511BD譯碼器使得輸出的信號通過譯碼器輸入到顯示器上顯示出來，將13（非同步借位輸出端）接U5的減計數(shù)端，U5的MR

11、也接低電平，CPU接高電平，9、10輸出端接地，1、15輸入端接控制器輸出的信號，同樣2、3、6、7輸出端接4511BD譯碼器使得輸出的信號通過譯碼器輸入到顯示器上顯示出來，將13（非同步借位輸出端）接U5和U6的置數(shù)端使得當13有脈沖輸出時U5和U6置入相應的數(shù)。4.2.3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。控制器由主從JK觸發(fā)器構成，主從JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉移真值表如下表3：表3主從JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉移真值表 主從JK觸發(fā)器的波形圖如下圖6圖6 主從JK觸發(fā)器的波形圖控制器原理圖如圖7所示。圖中U1A的JK觸發(fā)器因為J端和K端相連，所以它實現(xiàn)的

12、功能為T觸發(fā)器的功能。列出T觸發(fā)器的特性表如下表4： 表4 T觸發(fā)器特性表TQQ*001101010110圖7 交通燈控制器其原理為： CLK分別送給U1A和U1B的3和13的脈沖輸入端。當開始時U1B的10輸入端輸入的是0時，當脈沖到來時輸出端15輸出的為0，且一部分輸出信號輸送給計數(shù)器的輸入端和74ALS11AM即譯碼電路，另一部分信號輸入到U1A的J和K端故U1A的實際功能為T觸發(fā)器，當脈沖到來時U1A的1輸出端保持原先的輸出狀態(tài)，同樣輸出的信號一部分輸送到了計數(shù)器的輸入端和74ALS11AM即譯碼電路，另一部分信號輸入到了4081BD中通過這些與門和或門的邏輯選擇，最后又輸入到U1B的

13、10端，而這是輸入到10端的就變成1了，當脈沖到來時U1B的輸出端15輸出的為1，同理U1A的J和K端就接收到1，當脈沖到來時輸出端則輸出1狀態(tài)，然后又回到4081BD中這樣循環(huán)下去。4.2.4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)，翻譯成南北、東西車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表5所示。表中NS,EW代表南北、東西車道。表5 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表Q1 Q0NSG綠燈NSY黃燈NSR紅燈EWG綠燈EWY黃燈EWR紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010由秒脈沖發(fā)生器產生了周期性

14、變化的CLK脈沖，一部分送給了定時器的40192BD芯片，另一部分送給通過開關控制的4081BD。在脈沖ST同時加到定時器40192BD 芯片的情況下，單滿足一點條件時40192BD芯片的TCD(非同步借位輸出端)輸出的高低電位會發(fā)生變化，然后送到4027BD的脈沖輸入端?？刂破髦械男盘栐谒徒o由芯片4081BD組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈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)。電路圖設計如圖8：圖8譯碼器部分原理圖4.2.5顯示部分 顯示部分由40192BD和共陰極七段數(shù)碼管組成，4511BD作為譯碼器，對40192BD的輸出信號進行譯碼，然后通過七段數(shù)碼管

15、顯示出40192BD的計數(shù)。即交通燈需要顯示的時間。其設計如圖9：圖9 由4511BD和數(shù)碼管組成的電路5系統(tǒng)調試與結果（1）組裝調試秒脈沖電路。（2）進行定時電路的組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行減計時，從30減計時到0時，能輸電有效的定時時間到信號。（3）調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序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。最終調試如下：接上電源,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設為30秒，南北車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；東西車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時間顯示器從預置的30秒，以每秒

16、減1，減到0時，南北道的綠燈轉換為黃燈，其余燈都不變。時間顯示器置為5秒，然后以每秒減1，減到0后時南北車道的黃燈轉換為紅燈；南北車道的紅燈轉換為綠燈。如此循環(huán)下去。6、結論1、能實現(xiàn)的功能   交通燈的狀態(tài)轉換和計時時間的顯示，基本能實現(xiàn)南北、東西車道路方向顯示通行功能，可避免發(fā)生交通事故。夜間黃燈閃爍。2、不足之處 交通燈的紅燈顯示時間是綠燈和黃燈時間之和，結果顯示器顯示的時候紅燈的時間成了兩段，一段是綠燈的時間，一段是紅燈的時間。還有就是用的芯片太多，線連得有點亂。 7、設計心得體會開始拿到題目的時候，不知道怎么去做,因為數(shù)電這門課學的不是很好了，自己對這門課的設計都

17、不是很會，對很多的芯片的功能都不是很清楚，所以做得特別認真，雖然做的過程中遇到了一些問題不過還是在其他同學的幫助下順利地解決了。從收集資料到仿真一共用了兩周的時間。這次課程設計歷時兩個星期。通過這兩個星期的課程設計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多缺點與不足，自己知識的漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力.現(xiàn)在設計已經做好了,但是控制器控制信號燈不是很好。雖然花了很多的時間，但學到了很多東西。做課程設計的時候,自己把整個書本都看了幾遍，增強了自己對知識的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在都已經一一解決了。在課程設計的過程中

18、，我想了很多種方案，對同一個問題(像計數(shù)器的接法)都想了很多種不同的接法，運用不同的芯片進行了比較，最后還是采取了上面的方法進行連接。本次課程設計也讓我加深了對電子線路基本知識的理解，提高了我的綜合運用所學知識的能力，增強了我的根據(jù)課程需要選學參考資料，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。同時我也初步學習到了關于課程設計的基本方法、步驟和撰寫設計論文的格式。8 、附錄 總原理圖11和原件表6：圖11 仿真圖 表6 所用元件明細表描述RefDes數(shù)量1CMOS_5V, 4511BD_5VU7, U8, U24, U2542CMOS_5V, 40192BD_5VU5, U6, U22, U2343CAPACITOR, 10nFC114RESISTOR, 10k 5%R15, R1625CAP_ELECTROLIT, 1µFC21674LS, 74LS90DU2117SWITCH, SPDTJ118CMOS_5V, 4069BCL_5VU419CMOS_5V, 4027BD_5VU1110CMOS_5V, 4081BD_5VU2, U11, U13311CMOS_5V, 4071BD_5VU3112TIMER, LM555CNU1211374ALS, 74ALS05ANU20114LED_yellow