數(shù)電交通燈控制電路綜述

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 設(shè)計題目： 交通燈控制電路設(shè)計 院 系：班 級：設(shè) 計 者：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告課程設(shè)計（大作業(yè)）任務(wù)書姓 名： 院（系）： 專 業(yè)： 學(xué) 號： 任務(wù)起止日期： 課程設(shè)計題目：交通燈控制電路 課程設(shè)計要求： 設(shè)計一個十字路口的交通燈控制器，控制 A,B 兩條交叉道路上的車輛通行，東西方向 為主干道 A ，南北方向為副干道 B；具體要求如下：1、每條道路設(shè)一組信號燈，每組信號燈有紅、黃、綠3 個燈組成，綠燈表示允許通過，紅燈表示禁止通行， 黃燈表示該車道上已過停車線的車輛繼續(xù)通行， 未過停車線的車輛停止

2、通 行。2、主干道通行 25 秒，南北通行時間為 25 秒。3、每次變換通行車道之前，要求黃燈先亮5s，才能變換通行車道。工作計劃及安排：1、查閱資料。分析比較、選擇設(shè)計方案；2、總體設(shè)計。設(shè)計計算、元件選取、繪制電路原理圖；3、軟件仿真及調(diào)試。利用 Proteus 軟件構(gòu)建電路，進行虛擬仿真 ;4、故障排除。根據(jù)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，逐一查找原因，排除故障，使電路達到設(shè)計要 求；5、撰寫課程設(shè)計報告。寫出設(shè)計思路、工作原理，畫出電路結(jié)構(gòu)框圖，繪出電路原理圖， 給出設(shè)計參數(shù)及調(diào)試電路數(shù)據(jù)，分析設(shè)計中遇到的問題和解決方法及設(shè)計心得體會；6、答辯。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告指導(dǎo)教師簽字 年 月 日數(shù)

3、字電子技術(shù)課程設(shè)計報告課程設(shè)計（大作業(yè)）成績學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)教師課程設(shè)計題目：交通燈控制電路總結(jié)：通過為期一周的課程設(shè)計， 我應(yīng)用所學(xué)數(shù)字邏輯的知識順利得完成了交通燈控制器的設(shè) 計。在此期間， 我查閱里很多相關(guān)書籍， 在網(wǎng)上查了一些相關(guān)芯片的資料， 學(xué)到了很多知識， 并利用它們設(shè)計了符合設(shè)計要求計數(shù)器、 控制電路等電路的仿真。 不僅鞏固了課堂知識， 而 且有效的和實際結(jié)合在了一起， 加強了我們動手、 思考、 解決問題的能力， 并擴展了所學(xué)知 識和見識。通過這一個星期的課程設(shè)計， 我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足， 自己知識的很多漏洞， 看到了 自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏， 理論聯(lián)系實際的能力還急需提

4、高。 在課程設(shè)計過程中， 光有 理論知識是不夠的，還必須懂一些實踐中的知識。經(jīng)過本次設(shè)計把我在大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)電年來所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用， 既鍛煉了我們的實 際操作能力，又使理論知識得以加強和升華，激發(fā)了創(chuàng)新意識。指導(dǎo)教師評語：成績：填表時間： 指導(dǎo)教師簽名：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告目錄一、設(shè)計目的 6二、設(shè)計思路 6三、設(shè)計過程 63.1、方案論證 63.2 、單元電路的設(shè)計 93.2.1 秒脈沖發(fā)生器 93.2.2 定時器 113.2.3 控制器 123.2.4 譯碼電路 143.2.5 顯示部分 16四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 17五、主要元件 18六、結(jié)論 18七、設(shè)計心得體會 18八 、附

5、錄 19九、參考文獻 19數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告交通燈控制電路一、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)計的原理圖進行仿真。6）熟悉數(shù)字交通燈控制電路的設(shè)計與制作。二、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三、設(shè)計過程3.1、方案論證方案： 用數(shù)電電子技術(shù)來實現(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

6、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數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告控制信號， 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。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

7、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

8、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，則控制器的工作數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告狀態(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

9、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 S

10、T），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圖 1-3 交通燈的 ASM圖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 NE555

11、 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 。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圖 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)生器數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告

12、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。計數(shù)器選用集成電路 74LS160進行設(shè)計較簡便。 74LS160是 10 進制同步加法計數(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 4-1CLKRDLD EPET工作狀態(tài)X0XXX置零10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持（ C=0 ）1111計數(shù)表中 RD是低電平有效的同步清零輸入端， LD是低

13、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是進位輸出端， D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端， Q0Q 3 是數(shù)據(jù)輸出端。設(shè)計如圖 1-5數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圖 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：輸入端 3.4.5.6 分別接地 .。U1的7和 10由U2的 11、 14 經(jīng)過與門相與后相連。 . 即：只有當(dāng)時 11、14 處產(chǎn)生一個高電平脈沖時才能 觸發(fā) U1中的 14產(chǎn)生脈沖。當(dāng) U13C74LS04的 ST信號分別送給 U1和 U2的LOAD。 就可

14、以得到 TY和TY非是秒脈沖的 5倍；TL和 TL非的結(jié)果是秒脈沖的 25倍。3.2.3 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)則控制信號燈工作狀 態(tài)的轉(zhuǎn)換。 列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表， 如表 1-6 所示。選用兩個 D觸發(fā)器 74LS74 做為時序寄存器產(chǎn)生 4 種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為 TL和 TY，當(dāng)控制器處 于 Q1n+1Q0n+1 00 狀態(tài)時，如果 TL 0 ，則控制器保持在 00 狀態(tài)；如果，則 控制器轉(zhuǎn)換到 Q1n+1Q0n+1 01 狀態(tài)。這兩種情況與條件 TY無關(guān)，所以用無關(guān) 項X 表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號 ST。表 1-6 控

15、制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將 Q1n+1、Q0n+1和 ST 為 1 的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中 1 用原變量表示， 0 用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：根據(jù)以上方程， 選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153 來實現(xiàn)每個 D 觸發(fā)器的輸入函 數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到 74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號 即可實現(xiàn) 控制器的功能。控制器原理圖如圖 1-7 所示。圖中 R、C 構(gòu)成上電復(fù)位電路。由兩個雙多路 轉(zhuǎn)換器 74LS153和一個雙 D觸發(fā)器 74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄 4 種狀態(tài)， 多

16、路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實現(xiàn) 4 種狀態(tài)的相互交換。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圖 1-7 交通燈控制器其原理為： CLK分別送給 U6A和 U6B的 3和11的清零端。將 TY接入 U4的 5和 U5的 4和 5；TY非接入 U4的 4。如上圖所示： 74LS74兩個 D觸發(fā)器作為時 序寄存器產(chǎn)生 4 種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個 D 觸發(fā)器的輸入函 數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到 74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號， 即可實現(xiàn)控 制器的功能。3.2.4 譯碼電路譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的 4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、 乙車道上 2 個交通燈的工作狀態(tài)。 控制器

17、的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān) 系如表 1-8 所示。表中 A、B 代表甲、乙車道。表 1-8 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表Q1 Q 0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈BR 紅燈0 01000011數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告0 10100011 00011001 1001010由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的 CLK脈沖，一部分送給了定時器的 74LS160芯片，另一部分送給了控制器的 74LS74芯片。在脈沖 ST 同時加到定時 器 74LS160芯片的情況下，通過芯片 74LS10將會輸出 TY、TY非；TL、TL 非。 即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的 5倍；TL和 TL非放

18、大的結(jié)果是秒脈沖的 25 倍。前者輸出的信號是后者的 1/5 。將定時器輸出的 TY。TY非；TL。TL 非分別 作用于控制器的芯片 74LS153中，在 CLK脈沖置于芯片 74LS74中會輸出高低變 化的電平?？刂破髦械男盘栐谒徒o由芯片 74LS08 組成的譯碼器后再通過電路中 的指示燈和 200 歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路， 這種電路的結(jié)果最終通過 交通燈上的小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。電路圖設(shè)計如圖 1-9數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圖 1-9 譯碼器部分原理圖3.2.5 顯示部分顯示部分由 74LS48 和共陰極七段數(shù)碼管組成， 74LS48 作為譯碼器，對 74LS160的輸出信號進行

19、譯碼， 然后通過七段數(shù)碼管顯示出 74LS160 的計數(shù)。即 交通燈需要顯示的時間。其設(shè)計如圖 1-9數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圖 1-9 由 74LS48 和數(shù)碼管組成的電路四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果（1）組裝調(diào)試秒脈沖電路。（2）進行定時電路的組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人 1Hz 的時鐘脈沖信號時，要求電 路能進行增計時，當(dāng)增計時到 25 時，能輸電有效的定時時間到信號。（3）調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。（4）判斷各部分電路之間的時序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能， 使其滿足設(shè)計要求。最終調(diào)試如下：接上電源 ,便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時間設(shè)為 25 秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車 輛禁止通行。時間顯示器從預(yù)置的 0秒，以每秒增 1，增到 25到 0時，甲道的 綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至 5 秒又到 0 后時甲車道的黃燈轉(zhuǎn)換為 紅燈；乙車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告五、主要元件集成電路： NE551片 74LS160 2片 74LS08 2片 74LS04 2片74LS1532片 74LS74 2片 74LS