數(shù)電課程設(shè)計報告-交通燈控制電路.doc

數(shù)電交通燈課程設(shè)計設(shè)計題目：交通燈控制電路學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級：09電子信息工程（2）班姓名：2目錄1設(shè)計目的42設(shè)計思路43設(shè)計過程43.1方案論證43.2電路設(shè)計63.2.1秒脈沖發(fā)生器63.2.2定時器73.2.3控制器93.2.4譯碼電路103.2.5顯示部分113.2.6總原理圖124系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果125主要元件126結(jié)論137設(shè)計心得體會138附錄138.1總原理圖138.2PCB圖149參考文獻(xiàn)143交通燈控制電路摘要：交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設(shè)計主要由秒脈沖發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示電路組成。秒脈沖發(fā)生器由NE555產(chǎn)生脈沖，定時器由74LS160實(shí)現(xiàn)，控制器由74LS153和74LS74組成，譯碼電路采用74LS48和七段數(shù)碼管來顯示。控制器通過ST信號對定時器進(jìn)行控制，從而顯示紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵字：交通燈控制器秒脈沖發(fā)生器定時器譯碼器1、設(shè)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(jié)構(gòu)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(xué)會用仿真軟件對設(shè)計的原理圖進(jìn)行仿真。（6）熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設(shè)計與制作。2、設(shè)計思路（1）設(shè)計秒脈沖發(fā)生器（2）設(shè)計交通燈定時電路（3）設(shè)計交通燈控制電路（4）設(shè)計交通燈譯碼電路（5）設(shè)計交通燈顯示時間電路3設(shè)計過程3.1方案論證方案一用數(shù)電電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)交通燈控制交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1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(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)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：TL:表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25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：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(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。4圖1-1系統(tǒng)的原理框圖交通燈控制器的ASM如圖1-3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(zhuǎn)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(zhuǎn)換信號ST，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TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，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TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)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(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下表1-2規(guī)定：表1-2控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運(yùn)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AG=1甲車道綠燈亮甲車道通行BG=1乙車道綠燈亮乙車道通行AY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行BY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行AR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行BY=1乙車道紅燈亮乙車道禁止通行5由此得到交通燈的ASM圖，如圖1-3所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。圖1-3交通燈的ASM圖方案二用單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)交通燈控制用單片機(jī)技術(shù)來來實(shí)現(xiàn)交通燈控制是最容易實(shí)現(xiàn)的，而且該電路可靠性也很高，但是這是要求設(shè)計者要有單片機(jī)編程的基礎(chǔ)上才能完成設(shè)計。由于本人單片機(jī)編程基礎(chǔ)不是很好，所以選用了數(shù)字電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)交通燈控制。3.2單元電路的設(shè)計3.2.1秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R8=15K、R9=68K,C3=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)C2ln2當(dāng)T=1S，即可湊出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是為了保持輸出的波形的穩(wěn)定。如圖1-4所示，R9=68K、C3=10uF組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個方波信號，C3上得到一個三角波。此三角波送到NE555的2腳輸入端。由6NE555內(nèi)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1-4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(gòu)成如圖1-4-4，該電路選用石英晶體結(jié)構(gòu)成振蕩器，在經(jīng)過分頻電路得到秒脈沖。振蕩器的頻率越高，計時精度越高。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(shè)計選著由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器來產(chǎn)生秒脈沖。圖1-4-4石英晶體和分頻器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器3.2.2定時器定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。7計數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)行設(shè)計較簡便。74LS160是10進(jìn)制同步加法計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS160功能表如表4-1所示。表4-1CLKRDLDEPET工作狀態(tài)XXX01111X0111XXXX01X011置零預(yù)置數(shù)保持保持（C=0）計數(shù)表中RD是低電平有效的同步清零輸入端，LD是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，EP、ET是計圖1-3交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進(jìn)位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q3是數(shù)據(jù)輸出端。設(shè)計如圖1-5圖1-5交通燈定時器其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS160的清零端9處。如圖所示：