交通燈控制電路設計08774

1、長沙學院電子技術課程設計說明書題系(部目)交通燈控制電路設計電子信息與電氣工程系專業(yè)（班級）電氣工程及其自動化姓名龍欣學號B20140401214指導教師張海濤起止日期電子技術課程設計任務書（27）系（部）：電子信息與電氣工程系專業(yè)：電氣工程及其自動化指導教師：張海濤課題名稱交通燈控制電路設計設 計 內 容 及 要 求由一條主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。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間?？吭诮芯€外。實現(xiàn)紅、綠燈的 自動指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。設計要求：1掌

2、握交通燈控制電路的設計、組裝與調試方法。2熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法，能夠運用所學知識設計一定規(guī)模的電路。設計任務：1用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。2當主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時，主干道亮紅 燈。3. 主支干道交替允許通行，主干道每次放行 30s、支干道20s。設計30s和20s計時 顯示電路。4. 在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，要亮5s的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停到禁止線以外，設置5s計時顯示電路。設 計 工 作 量1、系統(tǒng)整體設計；2、系統(tǒng)設計及仿真；3、在Multisim或同類型電路設計軟件中進行仿真并進行演示；4、提交一

3、份完整的課程設計說明書， 包括設計原理、仿真分析、調試過程， 參考文獻、設計總結等。起止日期（或時間量）設計內容（或預期目標）備注進度安排第一天第二天課題介紹，答疑，收集材料設計方案論證第三天第四天進行具體設計進行具體設計第五天編寫設計說明書指導老師意見年 月曰教研室意見年 月曰長沙學院課程設計鑒定表姓名龍欣學號B20140401214 專業(yè)電氣 班級2設計題目交通燈控制電路設計指導教師張海濤指導教師意見：評定成績：教師簽名：日期：答辯小組意見：評定成績：答辯小組長簽名：日期：教研室意見：最終評定等級：教研室主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”

4、五等。目錄1. 設計內容和要求 51.1 設計目的 51.2 設計內容 51.3 設計要求 52. 設計方案 52.1 設計原理 52.2 設計方案 62.3 基本元器件的選擇選擇和電路組成 72.3.1 基本元器件的選擇 72.3.2 電路組成 9 113. Multisim 軟件運行仿真 113.1 運行仿真結果 113.2 干道通行狀態(tài)表 123.3 運行結果分析 12參考文獻 141. 設計內容和要求1.1 設計目的隨著經(jīng)濟的發(fā)展，私家車擁有量增加，城市交通壓力增大，擁堵日趨嚴重，設計交通燈控制電路 以緩解交通阻力。交通燈在交通環(huán)境中扮演著角色，指揮著十字路口的車輛和行人井然有序的安全

5、通 過，緩解擁堵，減少交通事故的發(fā)生。本文運用數(shù)字電路技術知識自行設計一個小型數(shù)字系統(tǒng)。通過系統(tǒng) 設計、 Multisim 軟件仿真、電路調試，掌握小型系統(tǒng)的組裝和調試技術，掌握查閱有關資料的技能?；?任務是設計一個交通燈控制電路小型模擬電子系統(tǒng)。1.2 設計內容由一條主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口， 為確保車輛安全、 迅速地通行，在交 叉路口的每個入口處設置了紅、 綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行 駛中的車輛有時間?？吭诮芯€外。實現(xiàn)紅、綠燈的自動指揮對城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。1.3 設計要求1. 掌握交通燈控制電路的設計、組裝與調試方法

6、。2. 熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法，能夠運用所學知識設計一定規(guī)模的電路。 設計任務：1. 用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。2. 當主干道允許通行亮綠燈時，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時，主干道亮紅燈。3. 主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s 、支干道 20s 。設計 30s 和 20s 計時顯示電路。4. 在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，要亮 5s 的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時間停到 禁止線以外，設置 5s 計時顯示電路。2. 設計方案2.1 設計原理 【2】根據(jù)設計要求，允許通行時亮綠燈，主支干道交替允許通行，主干道每次放行30s、支干道20s。在每次由

7、亮綠燈變成亮紅燈的轉換過程中間，要亮 5s 的黃燈作為過渡。即：主干道綠燈亮 30秒后，黃燈亮5秒，在這35秒內，支干道的紅燈一直亮著，之后支干道綠燈亮20秒后，黃燈亮5秒，在這25秒內，主干道的紅燈一直亮著，并依次循環(huán)（如圖2.1）主干道通行30秒5s的黃燈作為過渡停止通行，紅燈主干道綠燈亮文本i亮25秒*5s的黃燈作為過渡1支干道通行文本20s，支干道綠燈亮支干道停止通行35 秒，支干道紅燈亮- I! ；!'E圖2.12.2設計方案交通燈控制電路設計主要由控制器、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)生器是此系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的

8、控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，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。r定時器TL TV ST秒脈沖發(fā)生器一嚴主干道信號燈支干道信號燈圖2.2TL:表示主干道或支干道綠燈亮的時間間隔，即車輛正常通行的時間間隔。 定時時間到，TL=1,否則，TL=O。TY:表示黃燈亮的時間間隔為 5秒。定時時間到，TY=1,否則，TY=O。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)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。2.3基本元器件的選擇選擇和電路組成基本元器件的選擇(1) 信號源1個(時鐘脈沖源)每隔1秒進行倒計時，T=1/f 選擇頻率為1Hz的脈沖源。如圖 和z圖

9、(2) 芯片：(74LS190)X 2 片，(74LS163)X 1 片,(74LS138)X 1 片,如圖匹位輸岀端1 1 11l18*預宜控制YLDQ3 Q2 QLQO c/fiCP輸入>crin74LS190CF輸岀一<>u/dD C B AS7匹應輸人端圖2.3.2 74LS190 芯片引腳圖VW1co1|Qb Qc1 1Qo|<TiILD|1&151413 1?11109)74LS163123456TH111I I111Cr CpDO DI D2 肉 CT> GND圖 74LS163 芯片引腳圖1 15 14 13 12 11 10 9 74LS

10、1381 2 3 4 5 6 7 8nnn1n弘4嗎翼耳$ y.GbTD圖2.3.4 74LS138芯片引腳圖(3) 邏輯門：74LS02D或非門X 2個，74LS08D與門 X 7個，74LS32D或門 X 2 個，74LS04D非門 X 5 個，74LS20D四輸入與非門X 1個；(4) 倒計時顯示器：四引腳共陰極數(shù)碼管X2個如圖UJ圖2.3.5四引腳共陰極數(shù)碼(5) 交通燈 TRAFFIC_LIGHT_SINGLEX 2 個如圖圖 236交通燈 TRAFFIC_LIGHT_SINGLE電路組成1. 控制器由74LS163芯片以及其他的邏輯門構成。74LS163芯片與74LS190芯片連接

11、采集脈沖信號，進行加計數(shù)，并輸出邏輯電平信號，控制3-8譯碼器，從而控制紅綠燈的亮滅。741LS163工作原理：74ILS163是單時鐘同步十六進制計數(shù)器，有置零和置數(shù)功能，時鐘作用在上升沿。因為是同步計數(shù)器， 當譯出置數(shù)信號時必須等到時鐘信號上升沿到來時才能置數(shù)，但上升沿到來時計數(shù)器又向高一位計數(shù)了。假設用74LS163芯片構成一個八進制計數(shù)器，在0111= 7時譯出置數(shù)信號與進位信號C,將置數(shù)信號輸出端接至置數(shù)端，當上升沿到來時計數(shù)器本身被置8,但只有極短的存在時間，計數(shù)器馬上被置數(shù)，進位信號變?yōu)?,只要將置數(shù)輸入端 D1到D4全部接地，就能將計數(shù)器置為0000。輸A輸岀'|現(xiàn)狀惑

12、轉勲築件竝轉勘信號QP0(?K TyQ沖Q嚴iSr00ClK0D000IX0111it001001X111111o址110111X1010x010010K1001圖2.3.7 74LS163芯片真值表輸A輸岀CRCTpCPtCPDoDl80QiQz Qi0冥XX1XXX累G0au10XX1dudi由di岀dj1-I1tXXKX計數(shù)10XfXXXXI11XaXXXXX保持圖238 74LS163芯片功能表2. 定時器由2片74LS190芯片級聯(lián)及一個四輸入與非門構成。74LS190工作原理：可逆計數(shù)器74LS190，可以實現(xiàn)加法或減法的計數(shù)，通過設定加/減控制信號U/D=1可進行減法計數(shù)，由于芯

13、片本身就帶有異步的置數(shù)端LOAD且為低電平有效，當置入控制端為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0- Q3即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（ DOD3）相一致的狀態(tài)。74LS190 的計數(shù)是同步的，靠 CP加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。當計數(shù)控制端（CT ）為低電平時，在CP上升沿作用下Q（Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當計數(shù)方式控制（U /D）為低電平時進行加計數(shù)，當計數(shù)方式控制（U /D）為高電平時進行減計數(shù)。只有在CP為高電平時CT和U/D才可以跳變。由于25秒的倒計時需要用兩片的74LS190芯片才能實現(xiàn)，利用 RC端，可級聯(lián)成三十進制同步計數(shù)器。當采用并行 CP控制時

14、，則將RC接到后一級CT ;當采用并行CT控制時，則將RC接到后一級CP。 個位芯片的串行時鐘輸出端CO是低電平有效的，當狀態(tài)為0時，輸出為CO=0下一個狀態(tài)變?yōu)?9時，輸出為CO=1所以有一個上升沿的產(chǎn)生，這正可以作為十位芯片的時鐘信號，從而采用串行借位方式來實現(xiàn)倒計時。輸人輸出注IDCTUJDCPD.fit羽必+1 Q嚴Q嚴0XXXdidiA di 2 A異歩并行貫數(shù)100tXXX戈加法計數(shù)I01TXXXX福法計數(shù)!1XXXXXX保持圖2.3.9 74LS190 功能表3. 譯碼器74LS138譯碼器的主要任務是將控制器的輸出的4種工作狀態(tài)，翻譯成 2個干道上的6個信號燈的工作狀態(tài)。3-8

15、譯碼器工作原理：譯碼器可以將輸入代碼的狀態(tài)，翻譯成相應的輸出信號，以高低電平的形式在各自的輸出端口送出。 譯碼器有多個輸入端和多個輸出端，假如輸入端的個數(shù)為n,輸出端的個數(shù)最多有2n。從圖5可以看出，3-8譯碼器有三個輸入端 A0 A1、A2和八個輸出端 Y0Y7,當輸入端的編碼為 000 時，譯碼器輸出為 Y0=0, Y1Y7=1。即Y0對應于A0、A1、A2的000狀態(tài)低電平有效。圖中 S1、S2、S3為 使能控制端，起到控制譯碼器是否能進行編碼的作用，只有S1為高電平，S1、S3為低電平時，才能進行譯碼，否則不論輸入何值，每個輸出均為1。輸A輸出畀+氏血&r;rE X巧0XZX1

16、11111L1X1XXT1111111I10C00C11111LL10C011011111I1001011011L1110C1111101111101001111011L1010L11111a1I1011LI1111110110111111111104顯示器由兩個共陰極四引腳的數(shù)碼管組成。圖 3. Multisim軟件運行仿真3.1運行仿真結果【4】JI1111r« SiWnJML豹 ISOrii -rmnmi上土 £岳昭raiUliA空通燈74li S3»HLM)4DUlrtC74( SttDWO1-齊Jw woI.H1R"I SOHO*圖2.3.10

17、 74LS138芯片功能表圖 3.2干道通行狀態(tài)表下面用主、支干道車輛通行情況進行描述：（1）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，支干道禁止通行。綠燈亮足規(guī) 定的時間隔30時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號，轉到下一工作狀態(tài)。（2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干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，支干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔 5時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，轉到下一工作狀態(tài)。（3）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定 的時間間隔20時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，轉到下一工作狀態(tài)。（4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮

18、。表示主干道禁止通行，支干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5時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。（5）系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)，依次循環(huán)。輸入輸出CP脈沖74LS1633-8譯碼器信號燈狀態(tài)車輛通行狀態(tài)000Y0=0主綠、支紅主干道通行，支干道禁止通行001Y1=0主黃、支紅主干道緩行，支干道禁止通行010Y2=0主紅、支綠主干道禁止通行，支干道通行011Y3=0主紅，支黃主干道禁止通行，支干道緩行3.3運行結果分析如圖所示：74LS163芯片通過四輸入與非門與74LS190芯片連接采集脈沖信號，進行加計數(shù)，并輸出邏輯電平

19、信號，由 3-8譯碼器YO、Y1、Y2、Y3端輸出，經(jīng)過非門，并和CP脈沖一起連接到其他邏輯門從 而控制綠、黃、紅燈。因為74LS163芯片置數(shù)端LD與3-8譯碼器的Y3輸出端相連，所以 74LS163計數(shù)輸出000、001、010、011四個狀態(tài)后便重新置零，循環(huán)輸出，以控制紅綠燈的循環(huán)亮滅。結果分析：a.74LS163芯片輸出邏輯電平信號 000，3-8譯碼器輸出端Y0=0,其他輸出端為“ 1 ”。Y0輸出信號 經(jīng)過非門后變?yōu)椤?1”，之后和上升沿脈沖“ 1”連接到一個與門，輸出信號為“ 1”，交通燈U13紅燈亮； 與此同時，Y1輸出信號“ 1,交通燈U12綠燈亮。B.30秒之后，74LS163芯片輸出邏輯電平信號 0