交通燈設(shè)計報告

1、設(shè)計要求（ 1 ）在十字路口的兩個方向上各設(shè)一組紅燈、綠燈、黃燈，顯示順序 為：其中一個方向是綠燈、黃燈、紅燈，另一個方向是紅燈、黃燈、綠燈。（ 2 ）設(shè)置一組數(shù)碼管，以倒計時的方式顯示允許通行或禁止通行的時 間，其中綠燈、黃燈、紅燈的持續(xù)時間分別為 20s、5s、25s 。（3 ）當(dāng)各條路中任意一條上出現(xiàn)特殊情況，例如有消防車、救護(hù)車或其 他需要優(yōu)先放行的車輛時，各方向上均是紅燈亮，倒計時停止，且顯示數(shù)字在 閃爍。當(dāng)特殊運行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來狀態(tài)，繼續(xù)正常運行。二 設(shè)計原理及框圖交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 1 所示，它主要由秒脈沖發(fā)生器，時間顯示 器，倒計時計數(shù)器，計數(shù)控制器，交通

2、燈控制器，交通顯示燈，緊急開關(guān)構(gòu) 成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，同時控制著正常工作 時黃燈與特殊情況下數(shù)碼管數(shù)字的閃爍，倒計時計數(shù)器控制器控制倒計時計數(shù) 器，倒計時計數(shù)器輸出的數(shù)字經(jīng)過時間顯示器顯示在數(shù)碼管上。交通控制器控 制交通顯示燈的亮滅，交通控制燈的輸入信號由緊急開關(guān)和倒計時計數(shù)器共同 提供。圖一：交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖OOOO決態(tài)2甲車道紅燈亮乙車道綠燈亮2圖 00 r狀態(tài)3甲車道紅*1亮乙車道黃*便狀態(tài)0O狀態(tài)1甲車道綠打亮O甲車道亮乙車道紅燈亮兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有 4種，如圖2所示，它們轉(zhuǎn)換到數(shù)子狀 態(tài)如下圖。狀態(tài)0TS=OTS=1狀態(tài)1狀態(tài)2TF

3、=1狀態(tài)3TF:表示甲車道或乙車道紅燈亮的時間間隔為 25秒，當(dāng)TF=0時，甲車道為 紅燈，25秒倒計時；當(dāng)TF=1時，乙車道為紅燈，25秒倒計時。TS:表示倒計時到5秒和20秒。TY=0倒計時20秒，否則，TY=1倒計時5秒一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下：（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。此時TF=0,TS=0 ;綠燈亮足規(guī)定的時間隔20s，倒計時計數(shù)器發(fā)出狀態(tài) 轉(zhuǎn)換信號使TS=1，使計數(shù)控制器使TS=1轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2 ）甲車道黃燈亮，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

4、通行。黃燈亮足規(guī)定時間間 隔5s時，倒計時計數(shù)器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號使 TF=1，TS=0，使控制器控制譯 碼器轉(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)定的時間間隔20s時，倒計時計數(shù)器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號使TS=1，使控制器控制譯碼器轉(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)定的時間間隔5s時，倒計時計數(shù)器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號使 TF=0,TS=0，使計數(shù)控制器轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)，即系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工 作

5、狀態(tài)。因為在上述轉(zhuǎn)換過程中燈的轉(zhuǎn)換只在計數(shù)器為零的時候發(fā)生且不存在競爭冒險的問題，所以可設(shè)計為當(dāng)計數(shù)器為00時即發(fā)生信號燈的轉(zhuǎn)換，當(dāng)信號燈1為00時，交通燈控制器向交通顯示燈發(fā)出轉(zhuǎn)換信號，交通顯示燈由紅燈變 為綠燈；當(dāng)信號燈1再次為00時，交通燈控制器向交通顯示燈發(fā)出轉(zhuǎn)換信 號，交通顯示燈由綠燈變?yōu)辄S燈；當(dāng)信號燈1再次為00時，交通燈控制器向交通顯示燈發(fā)出轉(zhuǎn)換信號，交通顯示燈由黃燈變?yōu)榧t燈。信號燈2與信號燈1轉(zhuǎn)換過程相同，只不過信號燈2是由綠燈到黃燈再到紅燈的。三.器件說明1. 元件清單：集成元件74LS161 四片 N555 片74LS192 四片7447N兩片74LS21四片(與門)74L

6、S04 (非門)三片74LS32五片(或門)74IS27四片(或非門)(2) 數(shù)碼管共陽極七段數(shù)碼管四個紅色LED兩個，黃色LED兩個，綠色LED兩個(3) 電阻 51K ? 一只，39K ? 一只(4) 電容 10 pF 一只，10nF 只(5) 開關(guān)三刀雙擲開關(guān)一只2. 主要器件的引腳排列圖和功能表(1) N555引腳圖：(2) 74ls161引腳圖：CONNECTION DIAGRAM DIP (TOP VIEW)NOTE：The Flatpdk version has the same pinouts (Connection Diagram) as the Dual In-Lne Pa

7、ckage.MRforLSIBOAand LS161A *SRforLS1G2Aand LS163A功能表:NO& wondopoo07 ina列 rlBmITQBEMofcdQJ匚 一 lc-Encl 2匸1 8越(EE&eQUOOOJ匚匸00 51rK.Ed Es(ulll 旳 EL| IKHSJOJA詣9空丄主- lljionH叵UJ叵叵叵叵叵 砰芒 Id rblDuHH odoOAF- dol) d d s0-D NO 10lllNNQURc( to H0MNo countC nnnt_sE oNo change&i-j3z&UXi_Il_1l_1l_1_l 1g 1-XXkHN宅dX

8、XXaHXPJXHH詞HF mm二H站s百CXI6LS一寸卜(e) & &*S*F 史嘆巨 Hso 口-芒 2 思占囂 1uaof n gg筐甬二dop x:TsZOLL3KL1JrC ou-hCf QunlQuLnurLTLnLrrLFLTLrU11ILJ1Ser mb 11 Iwa hrnlrmi li -Clr Pfh*(4) 7447n引腳圖：9Dn4cc f 9 O b C 岡何Fl冋冋冋四.設(shè)計過程4.1.秒脈沖信號發(fā)生器的設(shè)計:B C LAMP Bl/ RBI D A GND TEST RBO方案一:本實驗采用555定時器組成秒脈沖信號發(fā)生器。因為該電路的輸出脈沖的周期 T0.7

9、(R i+2R 2) C,若T=1s，令 C=10 卩 f , Ri=39K ?,那么R2宀51K?。取一固定電阻 47K ?與一個5K?的電位器想串聯(lián)代替電阻 R2 。在調(diào)試電路時，調(diào)節(jié)電位器Rp ,使輸出脈沖周期為is。如圖3.1所示7447廣|R24?kQJLU30JjceR2T OUTDLfSNDZLV1zLMI555歸o o oi V 5 V 5 V(2 )下圖中控制另一組交通燈的亮滅，原理與上圖相似，只不過輸入信號是 第二組倒計時計數(shù)器的QA,QB,QC,QD 。紅=QB QC +Ka 黃=Qa Qb QcKa綠=QbQc Ka(表示非)OJCDANE3Y5Vl=rDST百 HUk

10、ZpAND4占 74L3緊急開關(guān)的設(shè)計：緊急開關(guān)采用的是三刀雙擲開關(guān)，可實現(xiàn) Ka控制紅燈亮，Kb實現(xiàn)數(shù)碼管數(shù)字 的閃爍，Kc實現(xiàn)倒計時的停止。緊急開關(guān)不工作時 Ka=1，交通燈正常工作； 反之，Ka=0，交通燈變?yōu)榧t燈亮。Kb連接到數(shù)碼管的共陽極，當(dāng)緊急開關(guān)不 工作時Kb=1數(shù)碼管正常顯示；當(dāng)緊急開關(guān)工作時，Kb接入脈沖信號，是數(shù)碼管閃爍。當(dāng)緊急開關(guān)不工作時，Kc接脈沖，反之，Kc接入高電平，使秒脈 沖停止。五.仿真調(diào)試過程在軟件調(diào)試過程中，我遇到以下幾個問題：(1)競爭冒險的問題：74IS192 的置數(shù)工作與74IS161不同，74ls192在load引腳輸入電平為高電平時不工作，當(dāng)為低電

11、平時不需 CLK引腳來脈沖就能立即置數(shù)， 這就與計數(shù)控制器存在競爭冒險的問題，開始我設(shè)置為倒計時計數(shù)器為 00時計數(shù)控制器工作，這使倒計時計數(shù)器不能按照正常要求倒計時。后 來我改成使用或非門，當(dāng)?shù)褂嫊r計數(shù)器計到07時也就是0000 0111 ，或門電平發(fā)生改變，產(chǎn)生上升沿脈沖，計數(shù)控制器工作，從而使倒計時 計數(shù)器在計到00時能到正確置數(shù)到下一狀態(tài)。(2 )在顯示譯碼器選擇方面，剛開始選用的是共陰極顯示譯碼器，因為7447N是取反輸出的，連接正確但無法正常顯示，最終采用共陽極顯示 譯碼器，解決此冋題。(3) 由于用1HZ的脈沖仿真的時候過程進(jìn)行的太慢，所以所以仿真時要修改tran的速度，將時間頻

12、率調(diào)成一秒解決此問題。(4) 電路的化簡，之前的電路雖然可以正常工作但有些器件是沒有使用必要的，如倒計時計數(shù)器的第七位和第六位始終為零，安裝時接地即可。(5) 在接計數(shù)控制器的第二個74IS161時總是無法按照要求正確輸出 TS的信號，我使用示波器觀察TS的輸出信號發(fā)現(xiàn)是這樣的:2%倒計時到02時下次戈旳倒計時到CC吋于是我在將示波器接到計數(shù)控制器的第二個74IS161的CLK引腳，波形是這樣的：Oscillascope-XSC 1nr第二次倒計時到03S時第一次倒計時到0亦時我發(fā)現(xiàn)在倒計時計數(shù)器倒計時 02S到01S時，顯示數(shù)碼管會有一瞬間顯示的 是03，所以計數(shù)控制器在03到00時會接收到

13、倆個脈沖。解決辦法： 既然每次會以此來兩個脈沖，我們可使用74IS161的Qb接口，把控制計數(shù)器的第二個74IS161狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖改為：00 - 01 -10 - 00,修改后 TS輸出信號變?yōu)椋篛scillo&cope-XSClnr這樣就達(dá)到電路置數(shù)的要求。與此電路有相同問題的還有交通燈控制器和交通顯示燈，因為交通控制燈是在倒計時計數(shù)器為00時工作的，觀察發(fā)現(xiàn)倒計時電路在 10到09時會有一瞬間存在00的狀態(tài)，會使交通燈控制器以為倒計時到了00S，從而出現(xiàn)錯誤。解決辦法：既然倒計時計數(shù)器在10S到09S會產(chǎn)生00狀態(tài)，可使交通控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖變成：000 001 010 011 100000，從而在25S倒計時和20S倒計時時對應(yīng)兩個狀態(tài)即可。調(diào)試過程前后見下圖:交通燈控制器經(jīng)過0R8后引入到74ls161 CLK 引腳的脈沖:調(diào)節(jié)74ls161 的輸出，74ls161 在輸出0000 0001 0010時綠燈亮；輸 出0010 0011時黃燈亮