數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)匯本之交通燈控制系統(tǒng)

...wd......wd......wd...數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)之交通燈控制系統(tǒng)專業(yè)班級(jí)：物聯(lián)網(wǎng)112指導(dǎo)教師：陳際組成員：王海超、殷修修、張?zhí)煲灰?、?nèi)容摘要二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求三、方案分析四、原理圖設(shè)計(jì)4、1信號(hào)燈控制器電路4、2信號(hào)燈譯碼器電路4、3計(jì)時(shí)器系統(tǒng)4、4顯示譯碼器4、5LED七段數(shù)碼管4、6555振蕩器組成的秒脈沖電路整體電路圖以及工作原理六、參考文獻(xiàn)一、內(nèi)容摘要電路通過(guò)兩個(gè)D觸發(fā)器組成的四進(jìn)制級(jí)數(shù)器和由與非門(mén)組成的譯碼器來(lái)控制主干道和支干道紅、綠、黃燈的狀態(tài)變化，從而到達(dá)疏通車輛安全順利通過(guò)十字路口，有555計(jì)時(shí)和電容電阻組成的秒脈沖發(fā)生器，計(jì)時(shí)器由兩個(gè)74LS190計(jì)數(shù)器構(gòu)成，分別用于計(jì)時(shí)的十位和個(gè)位，顯示譯碼器把74LS190輸出的BCD碼譯成七位二進(jìn)制代碼通過(guò)七段數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求為了確保在十字路口車輛安全順利的通過(guò)，在穿插路口設(shè)置紅、綠、黃三種信號(hào)燈，紅燈亮?xí)r制止通行，綠燈亮?xí)r允許通行，黃燈亮?xí)r給行駛中的車輛有時(shí)間?？吭诮芯€外。任務(wù)和要求：1、在主干道和支干道之間交替放行，主干道每次放行50秒，支干道每次放行40秒。2、每次綠燈亮變紅時(shí)，黃燈先亮4秒，而原紅燈不變。3、用十進(jìn)制數(shù)顯示放行與等待時(shí)間。三、方案分析方案一、用數(shù)電電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的控制1、交通燈控制系統(tǒng)原理框圖如圖1-1所示主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等局部組成，秒脈沖發(fā)生器是系統(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)電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要成分，由它控制定時(shí)器和譯碼器工作。圖1-1系統(tǒng)的原理框圖〔1〕圖中主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行，支干道制止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)?！?〕主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過(guò)停車線的車輛停頓通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，支干道制止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)T，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。〔3〕主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道制止通行，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)?！?〕主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道制止通行，支干道上未過(guò)停車線的車輛停頓通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第〔1〕種工作狀態(tài)。方案二、使用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的控制用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈的控制是很容易實(shí)現(xiàn)的，而且電路可靠性也很高，這里就不詳細(xì)介紹了。四、原理圖設(shè)計(jì)4.1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。十字路口車輛運(yùn)行情況只有四種可能，實(shí)現(xiàn)這四個(gè)狀態(tài)電路可以使用兩個(gè)D觸發(fā)器組成一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器采用兩片74LS74即可實(shí)現(xiàn)。74LS74功能表輸入輸出預(yù)置清零時(shí)鐘數(shù)據(jù)QQ非PRECLRCLKD01xx1010xx0100xxQ*Q*11↑11011↑001110xQ0Q0非D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Q*=Q非，load每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q0的狀態(tài)改變一次U7A將load輸入的時(shí)鐘脈沖二分頻后送給U7B，即load每四個(gè)脈沖U7A和U7B的狀態(tài)回到原來(lái)的狀態(tài)，即四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4、2信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路主、支干道上紅黃綠信號(hào)燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)，他們之間的關(guān)系見(jiàn)真值表。對(duì)于信號(hào)燈的狀態(tài)，1表示燈亮，0表示燈滅，列出信號(hào)燈的真值表：用發(fā)光二極管模擬信號(hào)燈的工作狀態(tài)，根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫(huà)出的電路圖如圖1.2所示。因?yàn)殚T(mén)電路帶灌電流負(fù)載負(fù)載的能力強(qiáng)，故設(shè)計(jì)成門(mén)電路輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管亮。圖1.24、3計(jì)時(shí)系統(tǒng)74LS90具有可對(duì)8421BCD進(jìn)展計(jì)數(shù)，可逆計(jì)數(shù)，有聯(lián)級(jí)脈沖輸出，可由送數(shù)控制進(jìn)展異步置數(shù)，并行輸出，可聯(lián)級(jí)到n位應(yīng)用等功能，所以可以用74LS190作為計(jì)時(shí)系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器。計(jì)時(shí)系統(tǒng)由兩片74LS190構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，74HC00和74HC04構(gòu)成的置數(shù)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出電路組成。如圖1.3所示。兩片74LS190組成兩位十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器狀態(tài)為零時(shí)，U5C輸出信號(hào)load，作為置數(shù)控制信號(hào)，將置數(shù)譯碼器輸出的數(shù)據(jù)送入計(jì)數(shù)器。load送入狀態(tài)計(jì)數(shù)器74LS74，作為狀態(tài)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。圖1.34、4顯示譯碼器4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED〔數(shù)碼管〕顯示器的BCD碼---七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換，消隱和鎖存控制，七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。4511是一片CMOSBCD——鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如下列圖。其中abcd為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8〞，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。Bi為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段消隱，正常顯示時(shí)，bi端應(yīng)加高電平。另外cd4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)超過(guò)十進(jìn)制數(shù)9〔1001〕時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低調(diào)平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a~g是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字。4511接線圖：4、6七段LED數(shù)碼管數(shù)碼管分為共陰極構(gòu)造和共陽(yáng)極構(gòu)造如顯示器共陽(yáng)極連接，則對(duì)應(yīng)陽(yáng)極接高電平的字段發(fā)光;而顯示器共陰極連接，則接低電平的字段發(fā)光。數(shù)碼管的接線圖4、7555構(gòu)成的秒脈沖電路555定時(shí)器內(nèi)部含有一個(gè)基本RS觸發(fā)器，配個(gè)電壓比較器C1C2，一個(gè)放點(diǎn)三極管T由三個(gè)5k的電阻分配器，555定時(shí)器因此而得名一個(gè)輸出緩沖器G3.比較器c1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的參考電壓為VCC/3加在反相輸入端，兩者均由分在器上取得。多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波的自激振蕩電路，由于矩形被包含和高次諧波成分，因此成為多諧振蕩器。多諧振蕩器也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，他沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)無(wú)需外加發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖〔自激振蕩〕。用555實(shí)現(xiàn)多諧振需要外接電阻R1、R2和電容C，并外接+5V的直流電源。只需在+Vcc端加上+5v的電源，就能在3腳產(chǎn)生周期性的方波，如圖五、整體電路圖以及工作原理由555組成的振蕩器產(chǎn)生周期為一秒的時(shí)鐘信號(hào)，送給計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器做減法計(jì)算，4511譯碼器把計(jì)時(shí)器輸出的8421BCD碼譯成驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的七段二進(jìn)制代碼，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)器減到0狀態(tài)時(shí)，RCO1和RCO2分別輸出一個(gè)低電平信號(hào)，通過(guò)非門(mén)和與非門(mén)，load輸出一個(gè)低電平信號(hào)，置數(shù)譯碼電路輸出的