交通燈控制電路設(shè)計(jì)08774

1、長(zhǎng)沙學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題系(部目)交通燈控制電路設(shè)計(jì)電子信息與電氣工程系專業(yè)（班級(jí)）電氣工程及其自動(dòng)化姓名龍欣學(xué)號(hào)B20140401214指導(dǎo)教師張海濤起止日期電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（27）系（部）：電子信息與電氣工程系專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：張海濤課題名稱交通燈控制電路設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 及 要 求由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行； 黃燈亮則給行駛中的車輛有時(shí)間?？吭诮芯€外。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的 自動(dòng)指揮對(duì)城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。設(shè)計(jì)要求：1掌

2、握交通燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一定規(guī)模的電路。設(shè)計(jì)任務(wù)：1用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。2當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅 燈。3. 主支干道交替允許通行，主干道每次放行 30s、支干道20s。設(shè)計(jì)30s和20s計(jì)時(shí) 顯示電路。4. 在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要亮5s的黃燈作為過(guò)渡，以使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁止線以外，設(shè)置5s計(jì)時(shí)顯示電路。設(shè) 計(jì) 工 作 量1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)；2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真；3、在Multisim或同類型電路設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行仿真并進(jìn)行演示；4、提交一

3、份完整的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)， 包括設(shè)計(jì)原理、仿真分析、調(diào)試過(guò)程， 參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)等。起止日期（或時(shí)間量）設(shè)計(jì)內(nèi)容（或預(yù)期目標(biāo)）備注進(jìn)度安排第一天第二天課題介紹，答疑，收集材料設(shè)計(jì)方案論證第三天第四天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第五天編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)指導(dǎo)老師意見(jiàn)年 月曰教研室意見(jiàn)年 月曰長(zhǎng)沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名龍欣學(xué)號(hào)B20140401214 專業(yè)電氣 班級(jí)2設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師張海濤指導(dǎo)教師意見(jiàn)：評(píng)定成績(jī)：教師簽名：日期：答辯小組意見(jiàn)：評(píng)定成績(jī)：答辯小組長(zhǎng)簽名：日期：教研室意見(jiàn)：最終評(píng)定等級(jí)：教研室主任簽名：日期：說(shuō)明課程設(shè)計(jì)成績(jī)分“優(yōu)秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”

4、五等。目錄1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 51.1 設(shè)計(jì)目的 51.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 51.3 設(shè)計(jì)要求 52. 設(shè)計(jì)方案 52.1 設(shè)計(jì)原理 52.2 設(shè)計(jì)方案 62.3 基本元器件的選擇選擇和電路組成 72.3.1 基本元器件的選擇 72.3.2 電路組成 9 113. Multisim 軟件運(yùn)行仿真 113.1 運(yùn)行仿真結(jié)果 113.2 干道通行狀態(tài)表 123.3 運(yùn)行結(jié)果分析 12參考文獻(xiàn) 141. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1.1 設(shè)計(jì)目的隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私家車擁有量增加，城市交通壓力增大，擁堵日趨嚴(yán)重，設(shè)計(jì)交通燈控制電路 以緩解交通阻力。交通燈在交通環(huán)境中扮演著角色，指揮著十字路口的車輛和行人井然有序的安全

5、通 過(guò)，緩解擁堵，減少交通事故的發(fā)生。本文運(yùn)用數(shù)字電路技術(shù)知識(shí)自行設(shè)計(jì)一個(gè)小型數(shù)字系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)、 Multisim 軟件仿真、電路調(diào)試，掌握小型系統(tǒng)的組裝和調(diào)試技術(shù)，掌握查閱有關(guān)資料的技能?；?任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制電路小型模擬電子系統(tǒng)。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口， 為確保車輛安全、 迅速地通行，在交 叉路口的每個(gè)入口處設(shè)置了紅、 綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行 駛中的車輛有時(shí)間停靠在禁行線外。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動(dòng)指揮對(duì)城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。1.3 設(shè)計(jì)要求1. 掌握交通燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法

6、。2. 熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一定規(guī)模的電路。 設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。2. 當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。3. 主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s 、支干道 20s 。設(shè)計(jì) 30s 和 20s 計(jì)時(shí)顯示電路。4. 在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要亮 5s 的黃燈作為過(guò)渡，以使行駛中的車輛有時(shí)間停到 禁止線以外，設(shè)置 5s 計(jì)時(shí)顯示電路。2. 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)原理 【2】根據(jù)設(shè)計(jì)要求，允許通行時(shí)亮綠燈，主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。在每次由

7、亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要亮 5s 的黃燈作為過(guò)渡。即：主干道綠燈亮 30秒后，黃燈亮5秒，在這35秒內(nèi)，支干道的紅燈一直亮著，之后支干道綠燈亮20秒后，黃燈亮5秒，在這25秒內(nèi)，主干道的紅燈一直亮著，并依次循環(huán)（如圖2.1）主干道通行30秒5s的黃燈作為過(guò)渡停止通行，紅燈主干道綠燈亮文本i亮25秒*5s的黃燈作為過(guò)渡1支干道通行文本20s，支干道綠燈亮支干道停止通行35 秒，支干道紅燈亮- I! ；!'E圖2.12.2設(shè)計(jì)方案交通燈控制電路設(shè)計(jì)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)生器是此系統(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

8、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。r定時(shí)器TL TV ST秒脈沖發(fā)生器一嚴(yán)主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈圖2.2TL:表示主干道或支干道綠燈亮的時(shí)間間隔，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。 定時(shí)時(shí)間到，TL=1,否則，TL=O。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=O。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(kāi)始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。2.3基本元器件的選擇選擇和電路組成基本元器件的選擇(1) 信號(hào)源1個(gè)(時(shí)鐘脈沖源)每隔1秒進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，T=1/f 選擇頻率為1Hz的脈沖源。如圖 和z圖

9、(2) 芯片：(74LS190)X 2 片，(74LS163)X 1 片,(74LS138)X 1 片,如圖匹位輸岀端1 1 11l18*預(yù)宜控制YLDQ3 Q2 QLQO c/fiCP輸入>crin74LS190CF輸岀一<>u/dD C B AS7匹應(yīng)輸人端圖2.3.2 74LS190 芯片引腳圖VW1co1|Qb Qc1 1Qo|<TiILD|1&151413 1?11109)74LS163123456TH111I I111Cr CpDO DI D2 肉 CT> GND圖 74LS163 芯片引腳圖1 15 14 13 12 11 10 9 74LS

10、1381 2 3 4 5 6 7 8nnn1n弘4嗎翼耳$ y.GbTD圖2.3.4 74LS138芯片引腳圖(3) 邏輯門(mén)：74LS02D或非門(mén)X 2個(gè)，74LS08D與門(mén) X 7個(gè)，74LS32D或門(mén) X 2 個(gè)，74LS04D非門(mén) X 5 個(gè)，74LS20D四輸入與非門(mén)X 1個(gè)；(4) 倒計(jì)時(shí)顯示器：四引腳共陰極數(shù)碼管X2個(gè)如圖UJ圖2.3.5四引腳共陰極數(shù)碼(5) 交通燈 TRAFFIC_LIGHT_SINGLEX 2 個(gè)如圖圖 236交通燈 TRAFFIC_LIGHT_SINGLE電路組成1. 控制器由74LS163芯片以及其他的邏輯門(mén)構(gòu)成。74LS163芯片與74LS190芯片連接

11、采集脈沖信號(hào)，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，并輸出邏輯電平信號(hào)，控制3-8譯碼器，從而控制紅綠燈的亮滅。741LS163工作原理：74ILS163是單時(shí)鐘同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，有置零和置數(shù)功能，時(shí)鐘作用在上升沿。因?yàn)槭峭接?jì)數(shù)器， 當(dāng)譯出置數(shù)信號(hào)時(shí)必須等到時(shí)鐘信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)才能置數(shù)，但上升沿到來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器又向高一位計(jì)數(shù)了。假設(shè)用74LS163芯片構(gòu)成一個(gè)八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在0111= 7時(shí)譯出置數(shù)信號(hào)與進(jìn)位信號(hào)C,將置數(shù)信號(hào)輸出端接至置數(shù)端，當(dāng)上升沿到來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器本身被置8,但只有極短的存在時(shí)間，計(jì)數(shù)器馬上被置數(shù)，進(jìn)位信號(hào)變?yōu)?,只要將置數(shù)輸入端 D1到D4全部接地，就能將計(jì)數(shù)器置為0000。輸A輸岀'|現(xiàn)狀惑

12、轉(zhuǎn)勲築件竝轉(zhuǎn)勘信號(hào)QP0(?K TyQ沖Q嚴(yán)iSr00ClK0D000IX0111it001001X111111o址110111X1010x010010K1001圖2.3.7 74LS163芯片真值表輸A輸岀CRCTpCPtCPDoDl80QiQz Qi0冥XX1XXX累G0au10XX1dudi由di岀dj1-I1tXXKX計(jì)數(shù)10XfXXXXI11XaXXXXX保持圖238 74LS163芯片功能表2. 定時(shí)器由2片74LS190芯片級(jí)聯(lián)及一個(gè)四輸入與非門(mén)構(gòu)成。74LS190工作原理：可逆計(jì)數(shù)器74LS190，可以實(shí)現(xiàn)加法或減法的計(jì)數(shù)，通過(guò)設(shè)定加/減控制信號(hào)U/D=1可進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，由于芯

13、片本身就帶有異步的置數(shù)端LOAD且為低電平有效，當(dāng)置入控制端為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0- Q3即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（ DOD3）相一致的狀態(tài)。74LS190 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CP加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端（CT ）為低電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q（Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（U /D）為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（U /D）為高電平時(shí)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在CP為高電平時(shí)CT和U/D才可以跳變。由于25秒的倒計(jì)時(shí)需要用兩片的74LS190芯片才能實(shí)現(xiàn)，利用 RC端，可級(jí)聯(lián)成三十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)采用并行 CP控制時(shí)

14、，則將RC接到后一級(jí)CT ;當(dāng)采用并行CT控制時(shí)，則將RC接到后一級(jí)CP。 個(gè)位芯片的串行時(shí)鐘輸出端CO是低電平有效的，當(dāng)狀態(tài)為0時(shí)，輸出為CO=0下一個(gè)狀態(tài)變?yōu)?9時(shí)，輸出為CO=1所以有一個(gè)上升沿的產(chǎn)生，這正可以作為十位芯片的時(shí)鐘信號(hào)，從而采用串行借位方式來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。輸人輸出注IDCTUJDCPD.fit羽必+1 Q嚴(yán)Q嚴(yán)0XXXdidiA di 2 A異歩并行貫數(shù)100tXXX戈加法計(jì)數(shù)I01TXXXX福法計(jì)數(shù)!1XXXXXX保持圖2.3.9 74LS190 功能表3. 譯碼器74LS138譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成 2個(gè)干道上的6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)。3-8

15、譯碼器工作原理：譯碼器可以將輸入代碼的狀態(tài)，翻譯成相應(yīng)的輸出信號(hào)，以高低電平的形式在各自的輸出端口送出。 譯碼器有多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端，假如輸入端的個(gè)數(shù)為n,輸出端的個(gè)數(shù)最多有2n。從圖5可以看出，3-8譯碼器有三個(gè)輸入端 A0 A1、A2和八個(gè)輸出端 Y0Y7,當(dāng)輸入端的編碼為 000 時(shí)，譯碼器輸出為 Y0=0, Y1Y7=1。即Y0對(duì)應(yīng)于A0、A1、A2的000狀態(tài)低電平有效。圖中 S1、S2、S3為 使能控制端，起到控制譯碼器是否能進(jìn)行編碼的作用，只有S1為高電平，S1、S3為低電平時(shí)，才能進(jìn)行譯碼，否則不論輸入何值，每個(gè)輸出均為1。輸A輸出畀+氏血&r;rE X巧0XZX1

16、11111L1X1XXT1111111I10C00C11111LL10C011011111I1001011011L1110C1111101111101001111011L1010L11111a1I1011LI1111110110111111111104顯示器由兩個(gè)共陰極四引腳的數(shù)碼管組成。圖 3. Multisim軟件運(yùn)行仿真3.1運(yùn)行仿真結(jié)果【4】JI1111r« SiWnJML豹 ISOrii -rmnmi上土 £岳昭raiUliA空通燈74li S3»HLM)4DUlrtC74( SttDWO1-齊Jw woI.H1R"I SOHO*圖2.3.10

17、 74LS138芯片功能表圖 3.2干道通行狀態(tài)表下面用主、支干道車輛通行情況進(jìn)行描述：（1）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行，支干道禁止通行。綠燈亮足規(guī) 定的時(shí)間隔30時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過(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，支干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔 5時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（3）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定 的時(shí)間間隔20時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮

18、。表示主干道禁止通行，支干道上位過(guò)縣停車線的車輛停止通行，已過(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。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔5時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。（5）系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)，依次循環(huán)。輸入輸出CP脈沖74LS1633-8譯碼器信號(hào)燈狀態(tài)車輛通行狀態(tài)000Y0=0主綠、支紅主干道通行，支干道禁止通行001Y1=0主黃、支紅主干道緩行，支干道禁止通行010Y2=0主紅、支綠主干道禁止通行，支干道通行011Y3=0主紅，支黃主干道禁止通行，支干道緩行3.3運(yùn)行結(jié)果分析如圖所示：74LS163芯片通過(guò)四輸入與非門(mén)與74LS190芯片連接采集脈沖信號(hào)，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，并輸出邏輯電平

19、信號(hào)，由 3-8譯碼器YO、Y1、Y2、Y3端輸出，經(jīng)過(guò)非門(mén)，并和CP脈沖一起連接到其他邏輯門(mén)從 而控制綠、黃、紅燈。因?yàn)?4LS163芯片置數(shù)端LD與3-8譯碼器的Y3輸出端相連，所以 74LS163計(jì)數(shù)輸出000、001、010、011四個(gè)狀態(tài)后便重新置零，循環(huán)輸出，以控制紅綠燈的循環(huán)亮滅。結(jié)果分析：a.74LS163芯片輸出邏輯電平信號(hào) 000，3-8譯碼器輸出端Y0=0,其他輸出端為“ 1 ”。Y0輸出信號(hào) 經(jīng)過(guò)非門(mén)后變?yōu)椤?1”，之后和上升沿脈沖“ 1”連接到一個(gè)與門(mén)，輸出信號(hào)為“ 1”，交通燈U13紅燈亮； 與此同時(shí)，Y1輸出信號(hào)“ 1,交通燈U12綠燈亮。B.30秒之后，74LS163芯片輸出邏輯電平信號(hào) 0