交通信號燈控制電路(共25頁)

1、PAGE PAGE 32數(shù)字電子(dinz)技術(shù)課程設(shè)計報告交通(jiotng)信號燈控制電路 姓 名: 學(xué) 院：電子信息工程學(xué)院專 業(yè): 電氣工程及其自動化班 級: 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師: 閆曉梅 目錄(ml)一、設(shè)計(shj)任務(wù)及要求2二、總體(zngt)框圖3三、器件選擇5四、功能模塊11五、系統(tǒng)總電路圖20六、硬件實驗21七、心得體會22一：設(shè)計(shj)任務(wù)及要求在當(dāng)今(dngjn)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)高速發(fā)展的社會，人們所倡導(dǎo)的是秩序與和諧，作為社會規(guī)范的一員，交通指揮是非常重要的一員，本次設(shè)計是無人值守的交通燈，保證車輛與人員的順利通過圖3-1 設(shè)計(shj)示意圖工作(gngzu)示意圖

2、任務(wù)(rn wu)要求：1.能顯示十字路口南北、東西兩個方向(fngxing)的紅(R)、黃(Y)、綠(G)的指示狀態(tài)，兩組紅、黃、綠三色燈作為兩個方向的紅、黃、綠燈。2.能實現(xiàn)正常的倒計時功能用兩組數(shù)碼管作為東西、南北方向的倒計時顯示，主干道每次放行（綠燈）10秒，支干道每次放行（綠燈）45秒，在每次由綠燈變成紅燈的轉(zhuǎn)換過程中，要黃燈亮以5S為周期作為過渡。 3.能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能: = 1 * GB2 按下s1鍵后，能實現(xiàn)特殊狀態(tài)功能。 = 2 * GB2 顯示倒計時兩數(shù)碼管閃爍； = 3 * GB2 計數(shù)器停止計時并保持在原來狀態(tài)； = 4 * GB2 東西，南北(nnbi)均顯示紅燈

3、狀態(tài)； = 5 * GB2 特殊狀態(tài)(zhungti)解除后仍能繼續(xù)計數(shù)； 4. 能實現(xiàn)(shxin)總體清零功能按下該鍵后，系統(tǒng)實現(xiàn)總清零，計數(shù)器由初始狀態(tài)計數(shù)，對應(yīng)狀態(tài)的指示燈亮。 5計該電路并畫出整體電路原理圖。完成電路全部設(shè)計后，通過實驗箱驗證設(shè)計課題的準(zhǔn)確性。二、總體框圖： 計時電路譯碼電路控制電路路路置數(shù)控制信號置數(shù)數(shù)據(jù)秒脈沖南 北 方 向倒計時數(shù) 字 顯 示東 西 方 向R1、Y1、G1南 北 方 向R2、Y2、G2東 西 方 向倒計時數(shù) 字 顯 示倒計時計數(shù)器暫停電路清零電路根據(jù)設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求(yoqi)，我們可以從三個部分考慮。1交通燈的燈計時部分(b fen)由于(yu

4、y)交通燈工作的時間分別為綠燈亮45秒，黃燈亮5秒，紅燈亮65秒，綠燈亮60秒，黃燈亮5秒，紅燈亮50秒，所以燈顯時間周期為115秒。所以計數(shù)器每工作循環(huán)周期分別為45，5，60，可以分別選用45進(jìn)制的計數(shù)器，5進(jìn)制的計數(shù)器，60進(jìn)制的計數(shù)器。我選用了中規(guī)模74LS160進(jìn)制的計數(shù)器分別組成所需的計數(shù)器。分別由兩個四選一數(shù)據(jù)選擇器和兩個D觸發(fā)器控制計時器的工作狀態(tài)。另外，由于設(shè)計要求電路可以通過開關(guān)將交通燈手動調(diào)整為清零狀態(tài)。通過一單刀單擲開關(guān)和非門來實現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)打到高電平時為清零工作狀態(tài)，打到低電平時為正常狀態(tài)。2交通燈的控制部分因為交通燈有四個工作狀態(tài)，所以需要兩個D觸發(fā)器，觸發(fā)器的一種狀

5、態(tài)控制進(jìn)制計數(shù)器工作，兩個狀態(tài)控制進(jìn)制計數(shù)器工作，還有一種狀態(tài)控制進(jìn)制計數(shù)器工作。同時(tngsh)選用兩片74作為數(shù)據(jù)選通的開關(guān)，它的輸入分別三個計數(shù)器進(jìn)位輸出，兩個輸出分別作為觸發(fā)器的輸入控制觸發(fā)器的四種(s zhn)狀態(tài)。 2.倒計時顯示部分(b fen) 數(shù)字顯示控制部分實際上是一個定時控制電路。當(dāng)綠或紅燈亮?xí)r，使減法計數(shù)器開始工作，每來一個秒脈沖，使計數(shù)器減1，直到計數(shù)器為“”停止。由于燈顯部分的頻率是數(shù)顯部分頻率的1/5，所以要用一個單穩(wěn)態(tài)連接數(shù)顯和燈顯部分。譯碼顯示可由計數(shù)器輸出驅(qū)動譯碼器，計數(shù)器采用可預(yù)制加、減計數(shù)器，且讓其工作在減法計數(shù)狀態(tài)。 3.1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分 采

6、用函數(shù)信號發(fā)生器。三、選擇器件器件功能件數(shù)74LS20D4輸入端雙與非門一片74LS11D三輸入與門四片74LS160D可預(yù)置BCD異步清除計數(shù)器一片74LS04D六反相器兩片74LS08D2輸入端四與門兩片74LS32D輸入端四或門一片74LS153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器四片74LS74D觸發(fā)器兩個電源5V 一個按鍵開關(guān)單刀雙擲一個按鍵開關(guān)可彈起一個數(shù)碼管四輸入九個器件(qjin)介紹： （1）74LS04D：當(dāng)輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實際上就是(jish)一個非門。（亦稱反向器）。在一些實用的反向器電路中，為了保證在輸

7、入低電平時三極管可靠(kko)地截止，常將電路接成圖2.3.3的形式。由于接入了電阻R2和負(fù)電源VEE,即使輸入的低電平信號稍大于零，也能使三極管的基極為負(fù)電位，從而使三極管能可靠地截止，輸出為高電平。當(dāng)輸入信號為高電平時，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。74LS04為六反相器，輸入是A，輸出是Y，6個相互獨立倒相。供電電壓5V，電壓范圍在4.755.25V內(nèi)可以正常工作。門數(shù)6，每門輸入輸出均為TTL電平（2v高電平）,低電平輸出電流-0.4mA,高電平輸出電流8mA。其邏輯符號、邏輯功能表、

8、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳圖分別如下： 圖5 74LS04的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表1 74LS04功能表 圖6 74LS04的邏輯(lu j)符號 圖7 74LS04的管腳圖（2）4LS32D：74LS32是四2輸入或門，常用在各種數(shù)字電路以及單片機(jī)系統(tǒng)(xtng)中。 表達(dá)式為：Y=A+B 引腳排列圖管腳功能：左下1-1A，2-1B， 3-1Y；4-2A，5-2B，6-2Y；7-GND； 右起：右上8-3Y，9-3A，10-3B；11-4Y，12-4A， 13-4B；14-VCC 其中A，B為輸入(shr)端，Y為輸出端，GND為電源負(fù)極，VCC為電源正極。圖11 74ls32引腳圖 圖12表3 74ls32真值

9、表AB0000011101111（3）4LS153D74LS153是四選一多路開關(guān)，即一個(y )芯片內(nèi)集成了兩個同樣結(jié)構(gòu) 的四選一多路開關(guān)。數(shù)據(jù)輸入端D0，D1，D2，D3：四路輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出(shch)端Y：一路輸出數(shù)據(jù)。地址輸入端A0，A1：用于輸入選擇控制，A0、A1的四種組合，分別打開某一路。輸出(shch)控制端ST:使能控制端，低電平有效邏輯功能表圖13 74LS153管腳圖 表4 74LS153數(shù)據(jù)選擇器功能表(4)4LS08 74LS08為四輸入端與門。由其邏輯功能表與內(nèi)部原理圖如下圖： 74LS08邏輯功能表ABY00001010011174LS08的邏輯(lu j)表

10、達(dá)式為：Y=AB(5).74LS1174LS11為三輸入的與門，由其邏輯(lu j)功能表可得，其邏輯功能為“見0得0，全1得1”，即只要三個輸入(shr)端口中有一個為0，則輸出Z就為0，當(dāng)輸入全為1時，才有輸出Z為1。“三輸入與門”邏輯功能表ABCZ00000010010001101000101011001111其管腳圖和內(nèi)部原理圖為： 其邏輯符號如下圖：(6)4LS3274LS32是二輸入或門，其邏輯符號(fho)和管腳圖如下圖所示 或門的邏輯表達(dá)式為Y=A+B，其邏輯功能表見下表。由其邏輯功能表可得，當(dāng)兩個(lin )輸入只要有一個為1時，輸出就是1，只有兩個輸入都為0時，輸出才是0，

11、即“見1得1，全0得0”。74LS32邏輯功能表輸入輸出 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1(7)74LS16074LS160為可預(yù)置(y zh)的十進(jìn)制同步計數(shù)器。在CT74LS160中LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RD為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。由其功能表可得，當(dāng)置數(shù)端為0時，輸出全為0。預(yù)置數(shù)端為0，當(dāng)脈沖到達(dá)時，計數(shù)器置數(shù)；當(dāng)置數(shù)和預(yù)置數(shù)端都為1，且EP=ET=1時，計數(shù)器進(jìn)行加法計數(shù)；當(dāng)EP=0，EP=1時，輸出不變，且RCO=0；當(dāng)ET=1時，各輸出及RCO都保持不變。74LS160的內(nèi)部(

12、nib)原理圖如右圖所示。當(dāng)RC=0時所有觸發(fā)器將同時(tngsh)被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當(dāng)RC=1、LD=0時，電路工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時門G16-G19的輸出始終是1，所以FF0-FF1輸入端J、K的狀態(tài)由D0-D3的狀態(tài)決定。當(dāng)RC=LD=1而EP=0、ET=1時，由于這時門G16-G19的輸出均為0，亦即FF0-FF3均處在J=K=0的狀態(tài)，所以CP信號到達(dá)時它們保持原來的狀態(tài)不變。同時C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態(tài)，計數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時進(jìn)位輸出C等于0。當(dāng)RC=LD=EP=ET=1時，電路工作在計數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始

13、連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖時，電路將從1111的狀態(tài)返回0000的狀態(tài)，C端從高電平跳變至低電平。利用C端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號。：圖3 74LS160引腳圖74LS160功能表CPEP ET工作狀態(tài)0 置 零脈沖10 預(yù)置數(shù)110 1保 持11 0保持（RCO=0）脈沖111 1計 數(shù)(8).74LS19274LS192的管腳圖與邏輯(lu j)符號如下圖： 其功能表：74LS192為十進(jìn)制同步(tngb)加、減計數(shù)器（雙時鐘），既可進(jìn)行加法計數(shù)，又可進(jìn)行減法(jinf)計數(shù)，且有異步置數(shù)和清零功能。當(dāng)輸入脈沖接到CPU時，計數(shù)器實現(xiàn)加法計數(shù)，當(dāng)輸入脈沖接到CPD時實現(xiàn)減法計數(shù)。如

14、下圖74LS192的管腳圖所示，P0P3為輸人，Q0Q3為輸出，MR為清零端，并且為高電平有效，MR=1時產(chǎn)生異步清零信號，輸出為“0000”，因此在計數(shù)(j sh)狀態(tài)下應(yīng)令MR=0。為置數(shù)端，當(dāng)=0時計數(shù)器置數(shù)。、分別為借位輸出和進(jìn)位輸出。(9).LED發(fā)光二極管LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。發(fā)光二極管使用的材料與普通的硅二極管和鍺二極管不同，有磷砷化鎵、磷化鎵、砷化鎵等幾種，而且半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度很高。當(dāng)外加正向電壓時，大量的電子和空穴在擴(kuò)散過程中復(fù)合，其中一部分電子從導(dǎo)帶躍遷到價帶，把多余的能量以光的形式釋放出來，便發(fā)出一定波長的可見光。LED顯

15、示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長個、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。管腳分別接輸出段的、四、功能模塊1、脈沖產(chǎn)生電路用信號函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生1Hz信號2計時電路Q1，Q0分別為D觸發(fā)器的輸出，R1，Y1，G1，R2，Y2，G2分別為南北(nnbi)，東西交通燈的紅，黃，綠燈(ldng)，S45，S5 S60分別(fnbi)為計數(shù)器的工作狀態(tài)， 1表示其工作，0表示其不工作，各計數(shù)器電路工作真值表輸入 輸出Q1 Q0G1Y1R1G2Y2R2S

16、45S5S600 01000011000 10100010101 00011000011 1001010010可得出一下邏輯表達(dá)式S45=G1；S5=Y1+Y2；S60=G2；（1）45進(jìn)制計數(shù)器45進(jìn)制計數(shù)器采用兩片74LS160芯片級聯(lián)，組成(z chn)1000進(jìn)制計數(shù)器，再用整體置數(shù)法改成45進(jìn)制計數(shù)器由上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換(zhunhun)表得到，當(dāng)G1工作(gngzu)時，45進(jìn)制計數(shù)器便開始計數(shù)，進(jìn)位輸出時轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)，45進(jìn)制計數(shù)器停止計時保持在零狀態(tài)。（2）5進(jìn)制計數(shù)器5一片74LS160十進(jìn)制計數(shù)器，用置數(shù)法改成5進(jìn)制計數(shù)器由上面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到，當(dāng)Y1和Y2工作時， 5進(jìn)制

17、計數(shù)器便開始計數(shù)，進(jìn)位輸出時轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)，這時 5進(jìn)制計數(shù)器停止計時保持在零狀態(tài)。（3）60進(jìn)制計數(shù)器60進(jìn)制計數(shù)器采用(ciyng)兩片74LS160芯片級聯(lián)，組成100進(jìn)制計數(shù)器，再用整體置數(shù)法改成60進(jìn)制計數(shù)器由上面的狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換表得到，當(dāng)G2工作(gngzu)時，60進(jìn)制計數(shù)器便開始計數(shù)，進(jìn)位輸出時轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)，60進(jìn)制計數(shù)器停止計時保持在零狀態(tài)。2控制器部分由于交通燈工作的時間(shjin)分別為綠燈(ldng)亮45秒，黃燈亮5秒，紅燈亮65秒，綠燈亮60秒，黃燈亮5秒，紅燈亮50秒，所以可以得出下列(xili)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和轉(zhuǎn)換圖。Q1，Q0分別為D觸發(fā)器的輸

18、出，R1，Y1，G1，R2，Y2，G2分別為南北，東西交通燈的紅，黃，綠燈；T45，T5，T60分別表示45計數(shù)器的進(jìn)位輸出，5計數(shù)器進(jìn)位輸出，60進(jìn)制計數(shù)器進(jìn)位輸出1表示其有效，0表示其無效，狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換表現(xiàn)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件次態(tài)南北燈狀態(tài)南北燈狀態(tài)Q1 Q0 T45 T5 T60Q1 Q0 G1 Y1 R1G2 Y2 R20 00 * *0 01 0 00 0 10 01 0 00 11 0 0 0 0 10 1* 0 *0 10 1 00 0 10 10 1 01 00 1 00 0 11 0* * 01 00 0 11 0 01 00 0 11 10 0 11 0 01 1*

19、 0 *0 00 0 10 1 01 10 1 00 00 0 10 1 0狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換圖1 1倒計時數(shù) 字 顯 示0 00 11 0Q1 Q0由上圖表可得出(d ch)各個輸出的表達(dá)式南北方向 綠：黃： 紅： 東西方向 綠： 黃：紅：因為交通燈有四個工作狀態(tài)，所以需要兩個D觸發(fā)器，觸發(fā)器的一種(y zhn)狀態(tài)控制進(jìn)制計數(shù)器工作，兩個狀態(tài)控制進(jìn)制計數(shù)器工作，還有一種狀態(tài)控制進(jìn)制計數(shù)器工作。Q0與Q1選用(xunyng)四選一的數(shù)據(jù)選擇器74LS153,觸發(fā)器用雙D觸發(fā)器74LS74，看成(kn chn)邏輯變量，將T45 T5 T60看成輸入變量由函數(shù)邏輯式實現(xiàn)以上函數(shù)。如下圖

20、：3.倒計時顯示部分置數(shù)功能表現(xiàn)態(tài)置位條件南北顯示十位南北顯示個位Q1 Q0 T45 T5 T60A1 B1 C1 D1A2 B2 C2 D20 01 0 00 0 0 01 0 1 00 10 1 00 1 1 00 0 0 01 00 0 10 0 0 01 0 1 01 10 1 00 0 1 01 0 1 0A1=G1 A2=Q1+G1B1=Q0 B2=0C1= Q0 C2=A1D1=0 D2=0現(xiàn)態(tài)置位條件東西顯示十位東西顯示個位Q1 Q0 T45 T5 T60A3 B3 C3 D3A4 B4 C4 D40 01 0 00 0 0 01 0 1 00 10 1 00 1 1 00 0

21、 0 01 00 0 10 0 0 01 0 1 01 10 1 00 0 1 01 0 1 0A3=0 A4=A2B3=Y1 B4=0C3=Q0 C4=A4D3=0 D4=0此模塊選用(xunyng)十進(jìn)制同步加、減計數(shù)器（雙時鐘）74LS192和七段數(shù)碼顯示管DCD_HEX來實現(xiàn)。采用74LS192的減法計數(shù)功能，把減計數(shù)脈沖輸入接秒脈沖，加計數(shù)脈沖輸入接高電平。每個路口(lku)用兩片74LS192設(shè)計為分別為45，5，65，45，50，60，5進(jìn)制減法器進(jìn)制計數(shù)器，令第一片74LS192的借位輸出作為第二片的計數(shù)脈沖。數(shù)字顯示由所置的數(shù)見到1.在Multism2001中仿真次模塊，為了

22、能夠盡快看到仿真結(jié)果，可將從燈控部分輸出的置數(shù)信號的頻率擴(kuò)大1000倍，即用200Hz代替0.2Hz，可見(kjin)，兩組數(shù)碼顯示管顯示的數(shù)據(jù)從45減到1，置數(shù)到5，再依次減到1，且兩組數(shù)據(jù)是同步的。可得，數(shù)字顯示模塊的控制電路設(shè)計正確，能夠完成要求的功能。4.暫停部分暫停電路用SR鎖存器控制脈沖的有無，便可以(ky)實現(xiàn)暫停功能。5.清零(qn ln)部分使用(shyng)74LS160與74LS192清零端CLR便可以實現(xiàn)。由于要求(yoqi)電路可以通過開關(guān)將交通燈手動清零(qn ln)。所以(suy)通過一單刀單擲開關(guān)來實現(xiàn)，。開關(guān)打開的時候輸入是高電平為正常工作狀態(tài)，開關(guān)閉合的時候輸入是低電平，為清零工作狀態(tài)。 五、總體電路設(shè)計圖在Multism2001中仿真此電路，南北倒計時顯示，當(dāng)南北路口綠燈亮，東西路口紅燈亮?xí)r，數(shù)字顯示開始從45時，每秒減1，當(dāng)數(shù)字減到1，南北路口黃燈亮，計數(shù)器從5減計數(shù)當(dāng)數(shù)字減到1，南北路口變?yōu)榧t燈，東西路口變?yōu)榫G燈，同時，數(shù)字顯示為65并開始倒計時