簡(jiǎn)易交通燈控制電路

1、目 錄引言21 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?32 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求.421 工作流程422 工作時(shí)序423 循環(huán)工作43 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)54 單元電路設(shè)計(jì)8 41 脈沖發(fā)生器84. 2 控制器84. 3 計(jì)時(shí)顯示電路94. 4 計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)脈沖電路圖115 主要電子器件146 設(shè)計(jì)總結(jié)15致謝16主要參考資料17 引言數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是高等學(xué)校弱電類各專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。這門課程發(fā)展迅速、實(shí)用性和應(yīng)用性強(qiáng)，側(cè)重于邏輯行為的認(rèn)知和驗(yàn)證。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制

2、與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。通過采用數(shù)字電路對(duì)交通燈控制電路的設(shè)計(jì)，提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號(hào)自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。因此，在本次課程設(shè)計(jì)里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)涉及交通控制信號(hào)燈。設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易交通信號(hào)燈控制器，在十字入口處設(shè)置紅、黃、綠三種信號(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)間停在禁行線外。1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握綜合應(yīng)用理論知識(shí)和中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)方法2、掌握調(diào)試及電路主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1、

3、工作流程南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。2 、工作時(shí)序東西方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于南北方向亮黃燈和綠燈時(shí)間之和，南北方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時(shí)間之和。一次循環(huán)為30秒，其中紅燈亮的時(shí)間是綠燈、黃燈亮的時(shí)間之和，黃燈是間歇閃爍。3 、循環(huán)工作十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為30秒，然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直至減到2秒時(shí)，綠燈熄滅，黃燈亮并閃爍，計(jì)數(shù)繼續(xù)每秒減1，直到0，黃燈熄滅，紅燈亮。十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)

4、束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)交通燈控制原理框圖如圖3.1所示。他主要由控制器、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)生器是該系統(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。圖中：TL1 表示A車道綠燈亮的時(shí)間間隔為30秒，TL2 表示B車道綠燈亮的時(shí)間間隔為30秒，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=0.TY:表示黃燈亮的時(shí)間間隔為2秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1,否則，TY=0. 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)，

5、由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。圖3.1 交通燈控制原理圖 實(shí)現(xiàn)紅綠燈的交通管制功能，在紅綠燈交換的前2秒鐘，有常亮的黃燈提示司機(jī)注意，此時(shí)綠燈已滅，另外有數(shù)字計(jì)時(shí)裝置，提示司機(jī)剩余時(shí)間。狀態(tài)表1：狀態(tài)A車道B車道時(shí)間S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行30S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行2S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行30S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車2分析：（1）A車道綠燈亮，B車道紅燈亮。表示A車道上的車輛允許通行，B車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL1時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一個(gè)工作狀態(tài)。（2）A車道黃燈亮，B車道紅燈亮。表示A車道上未過停車線的車輛停止通

6、行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，B車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（3）A車道紅燈亮，B車道綠燈亮。表示A車道禁止通行，B車道上的車輛允許通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL2時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）A車道紅燈亮，B車道黃燈亮。表示A車道禁止通行，B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。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到（1）工作狀態(tài)。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器控制的。設(shè)控制器的4種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表

7、示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表所示，控制器應(yīng)送出A、B車道的紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，合二為一，并作如下規(guī)定：控制狀態(tài) 信號(hào)燈狀態(tài) 車道運(yùn)行狀態(tài)S0 A車道綠 ，B車道紅 A車道通行，B車道禁止通行S1 A車道黃 ，B車道紅 A車道緩行，B車道禁止通行S3 A車道紅 ，B車道綠 A車道禁止通行，B車道通行S2 A車道紅 ，B車道黃 A車道禁止通行，B車道緩行HG=1 A車道綠燈亮 FG=1 B車道綠燈亮HY=1 A車道黃燈亮 FY=1 B車道黃燈亮HR=1 A車道紅燈亮 FR=1 B車道紅燈亮設(shè)：A： A車道車輛的情況，有車為“1”，無車為“0”B： B車

8、道車輛的情況，有車為“1”，無車為“0”C：A車道30秒定時(shí)信號(hào)，30秒定時(shí)已到為“1”，30秒定時(shí)未到為“0”D：B車道30秒定時(shí)信號(hào)，30秒定時(shí)已到為“1”，30秒定時(shí)未到為“0”E：2 秒定時(shí)信號(hào)，2秒定時(shí)已到為“1”，2秒定時(shí)未到為“0”狀態(tài)編碼：S0=00 S1=01 S2=11 S3=10若選JK觸發(fā)器，其輸出為Q2、Q1，則狀態(tài)如表2.表2：ABCDEQ2nQ1nQ2n+1Q1n+1X0XXX0000110XX000001XXX0001111XX0001XXXX00101XXXX1011111X0X111101XXX1111X0XXX1110XXXX01010XXXXX1000

9、4 單元電路設(shè)計(jì)4、1脈沖發(fā)生器 脈沖發(fā)生器是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)是以秒作為單位，所以用秒脈沖發(fā)生器，且對(duì)信號(hào)的精度要求不高，這里選用555定時(shí)器來構(gòu)成。555定時(shí)器組成的秒脈沖CP1的周期為：T約等于0.7（R1+2*R2）*C,若T=1s，令C=10 ,R1=39,R2=51.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)如下圖：它向計(jì)數(shù)電路提供的秒計(jì)時(shí)CP脈沖。周期可通過下式設(shè)定的電路原理圖如圖所示。 圖4.1脈沖發(fā)生器的電路原理圖4.2控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如表所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器FF1、FF0作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，

10、控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于1n+ n+1=00 狀態(tài)時(shí)，如果TL=0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果控制器轉(zhuǎn)換到 1n+ n+1=01 狀態(tài)時(shí)。控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：輸入輸出現(xiàn)態(tài)狀態(tài)裝換條件次態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) 0 0無 無 0 0 00 0 0無 無 10 11 0 10 無 無 0 10 0 11 無 無 1 11 1 1無 0 無 1 10 1 1無 1 無 1 01 1 00 無 無 1 00 1 01 無 無 0 0174LS163功能表：輸入輸出CR LD CP 0 x x x 上升沿 x x x x0 0 0 01 0 x x 上升沿 1 1 1 1 上升沿 x x x

11、 x 計(jì) 數(shù)1 1 0 x 上升沿 x x x x 保 持1 1 x 0 x x x x x 保 持 4.3計(jì)時(shí)顯示電路顯示電路作為定時(shí)控制器。秒信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生整個(gè)定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)基脈沖，通過74LS190減法計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖進(jìn)行減計(jì)數(shù)，以達(dá)到顯示每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)A車道紅燈亮?xí)r，信號(hào)給減法計(jì)數(shù)器置數(shù)，同時(shí)B車道也由相應(yīng)的信號(hào)置數(shù)，減計(jì)數(shù)的回零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個(gè)工作狀態(tài)決定計(jì)數(shù)器下一次減計(jì)數(shù)的初始值。減法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)由BCD譯碼器譯碼、數(shù)碼管顯示顯示電路是一個(gè)定時(shí)控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計(jì)數(shù)器開始工作，每來一個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器減1，直到計(jì)數(shù)器為0

12、.譯碼顯示可用CD4511BCD碼七段譯碼器。計(jì)數(shù)器采用可預(yù)置計(jì)數(shù)器，這里選74LS190.當(dāng)A車道為黃燈時(shí)，該干道技術(shù)不工作。由黃變?yōu)榧t燈時(shí)，由R1將預(yù)置數(shù)0011置入U(xiǎn)1，0000置入U(xiǎn)2，0013置入U(xiǎn)3，0110置入U(xiǎn)4。U1、U2開始30秒的減計(jì)數(shù)，U3、U4開始30秒減計(jì)數(shù)。當(dāng)B車道30秒減完后，B車道燈變?yōu)辄S，B車道計(jì)數(shù)器關(guān)閉，無顯示。在A車道紅燈變綠燈同時(shí)，R1控制將0100置入U(xiǎn)1，0101置入U(xiǎn)2，0110 置入 U3 ，0000置入 U4 。并開始U1、U2組成 30秒（A）倒計(jì)數(shù)，U3、U4組成30秒（B）倒計(jì)數(shù)。當(dāng)A車道30秒 計(jì)時(shí)完畢后，A車道黃燈亮，同時(shí)使計(jì)數(shù)器U

13、1、U2停止工作。顯示控制電路如圖3.3.1。 圖4.3.1 顯示控制電路圖 圖4.3.2 74LS190邏輯功能示意圖 74LS190是BCD同步加/減計(jì)數(shù)器，并行輸出。計(jì)數(shù)時(shí)，時(shí)鐘脈沖CP的上升沿有效。CP端.加/減端和置數(shù)端斗都先經(jīng)過緩沖，從而降低了這些輸入端對(duì)驅(qū)動(dòng)的功能。4.4.計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)脈沖電路圖 圖4.4.1 計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)脈沖電路圖 此電路圖是產(chǎn)生CP30、CP4的電路，通過門電路完成由CP控制電路產(chǎn)生所需的脈沖的功能。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)。它們之間的關(guān)系見真值表4.4.2。對(duì)于信號(hào)燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。表4.4.2 信

14、號(hào)燈信號(hào)的狀態(tài)狀態(tài)控制器輸出主干道信號(hào)燈支干道信號(hào)燈Q2Q1R（紅）Y（黃）G（綠）r（紅）y（黃）g（綠）00110101001101001000110000010011根據(jù)真值表，可求出各信號(hào)燈的邏輯函數(shù)表達(dá)式為： 圖4.4.3用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029構(gòu)成狀態(tài)控制器現(xiàn)選擇半導(dǎo)體發(fā)光二極管模擬交通燈，由于門電路的帶灌電流的能力一般比帶拉電流的能力強(qiáng)，要求門電路輸出低電平時(shí)，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。故譯碼器的電路組成如下圖所示 圖4.4.45 主要電子器件表5 元件明細(xì)表序號(hào)元件名稱型號(hào)數(shù)量備注1電阻2R1=39K R2=51K 2電容2C1=10 uf C2=0.01uf3555定時(shí)器1

15、4集成計(jì)數(shù)器74LS39015計(jì)數(shù)器74LS16116譯碼器74LS13917TTL非門74LS0428TTL與非門74LS0019TTL四輸入與非門74LS20110TTL與門74LS08111TTL或門74LS32112發(fā)光二極管66設(shè)計(jì)總結(jié) 通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)擠出這門課程有了進(jìn)一步的理解，尤其對(duì)本課程設(shè)計(jì)所涉及的原理、器件、功能實(shí)現(xiàn)上有了更深的認(rèn)識(shí)。掌握了由555定時(shí)器構(gòu)成所需頻率脈沖發(fā)生器的方法。熟悉了有真值表列表達(dá)式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電路的過程，并對(duì)利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)特定的要求進(jìn)制的減計(jì)數(shù)及其預(yù)置數(shù)的方法、譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示的連線方法有了更深入的體會(huì)，并借此機(jī)會(huì)了解了用計(jì)算機(jī)會(huì)電路圖

16、的方法。這次課程設(shè)計(jì)是我們對(duì)電子電路課程實(shí)驗(yàn)的綜合考驗(yàn)。課程設(shè)計(jì)綜合考察了實(shí)驗(yàn)課上所學(xué)到的各種電子電路的連接、調(diào)試、設(shè)計(jì)和制作的過程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要我們仔細(xì)認(rèn)真的完成。在設(shè)計(jì)過程中，我們遇到了一些困難。首先，在實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)上，我們花費(fèi)了大量的時(shí)間，搜集資料。這個(gè)過程使我對(duì)所學(xué)的知識(shí)又進(jìn)行了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和鞏固。其次，在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，浪費(fèi)了很多時(shí)間。通過此次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)十字路口的交通燈，有了進(jìn)一步的了解，明白其工作原理。自己能夠運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)做些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我的獨(dú)立思考和動(dòng)手的能力。致謝在這次課程設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)老師以及同學(xué)們都給了我很多的幫助。在這里向他們表示衷心感謝。課程設(shè)計(jì)為學(xué)生提供了一個(gè)既動(dòng)手又動(dòng)腦，獨(dú)立實(shí)踐的機(jī)會(huì)，將課本上的理論知識(shí)和實(shí)際有機(jī)結(jié)合起來，鍛煉學(xué)生的分析解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生適應(yīng)實(shí)際、實(shí)踐編程的能力。通過做這個(gè)課程設(shè)計(jì)不但讓我鞏固了所學(xué)的數(shù)字電子的知識(shí)。同時(shí)也豐富了我們的業(yè)余生活,提高我們對(duì)知識(shí)的理解能力。在課程設(shè)計(jì)過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先，做學(xué)問要一絲不茍，對(duì)于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就退縮，只要堅(jiān)持下去就可