交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)(共13頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上黑 龍 江 工 業(yè) 學(xué) 院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 院 系：電氣與信息工程系 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：14電氣本八 姓 名：耿振 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：黃睿 報(bào)告成績(jī)：專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)1.設(shè)計(jì)目的為了確保十字路口的車(chē)輛順利、暢通地通過(guò)，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車(chē)；綠燈（G）亮表示允許通行。設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車(chē)道和乙車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒；要求黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車(chē)道；黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次2.設(shè)計(jì)任務(wù)要求要求東西方向的紅、黃、綠燈和南北方向的

2、紅、黃、綠燈按照上面的工作時(shí)序進(jìn)行工作，黃燈亮?xí)r應(yīng)為閃爍狀態(tài)；1)南北和東西車(chē)輛交替進(jìn)行，各通行時(shí)間24秒2)每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先閃爍4秒，才可以變換運(yùn)行方向3)十字路口要有數(shù)字顯示作為時(shí)間提示，以倒計(jì)時(shí)按照時(shí)序要求進(jìn)行顯示；4)可以手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，夜間為黃燈閃耀狀態(tài)(選作：通行時(shí)間和黃燈閃亮?xí)r間可以在0-99秒內(nèi)任意設(shè))3.設(shè)計(jì)方案選取與論證 G Y R白天工作模式依據(jù)功能要求，交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器電路和信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器組成，原理框圖如圖1所示。秒脈沖信號(hào)發(fā)生器是該系統(tǒng)中倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路和黃燈閃爍點(diǎn)控制電路的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源。倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器輸出兩組驅(qū)動(dòng)信號(hào)T5和

3、T0，分別為黃燈閃爍和變換為紅燈的控制信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器控制信號(hào)燈工作。倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器的工作。夜間工作模式 G Y R 信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器秒脈沖發(fā)生器交通信號(hào)燈的邏輯框圖 （1）白天工作模式南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，各20秒。南北方向黃燈閃亮4秒，東西方向紅燈亮4秒。南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮，各20秒。南北方向紅燈亮4秒，東西方向黃燈閃亮4秒。 信號(hào)指示燈白天工作流程圖（2）夜晚工作模式 東西南北各方向黃燈亮，且每秒閃動(dòng)一次，其他燈不亮。因此總設(shè)計(jì)圖如下圖所示：東西信號(hào)燈南北信號(hào)燈組合邏輯電路計(jì)數(shù)器分頻器秒脈沖產(chǎn)生電路系統(tǒng)電源

4、工作方式控制開(kāi)關(guān) 總設(shè)計(jì)圖秒脈沖產(chǎn)生電路秒脈沖產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，主要由振蕩器和分頻器組成。振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的進(jìn)度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度，可由石英晶體振蕩電路或555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器構(gòu)成。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大，故在設(shè)計(jì)時(shí)，一定根據(jù)需要設(shè)計(jì)出最佳電路。石英晶體振蕩器具有頻率準(zhǔn)確、振蕩穩(wěn)定、溫度系數(shù)小的特點(diǎn)，但如果精度要求不高的時(shí)候可以采用555構(gòu)成的多諧振蕩器。振蕩周期與頻率的計(jì)算公式為：T=(R1+2R2)Cln2=0.7(R1+2R2)C,電源電壓為Vcc=12V，其中電路圖中C1的作用是防止電磁干擾

5、對(duì)振蕩電路的影響，課程設(shè)計(jì)中要求輸出T=1S，選取電容為C=10nF，R1=28.86M，根據(jù)振蕩周期計(jì)算，選擇電阻R2=57.72M。用multisim進(jìn)行仿真，仿真圖如圖所示： 555構(gòu)成的多諧振蕩器此電路就可以產(chǎn)生脈沖頻率為1赫茲的脈沖。以下對(duì)555定時(shí)器進(jìn)行簡(jiǎn)介：NE555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。555定時(shí)器內(nèi)部邏輯電路信號(hào)燈轉(zhuǎn)化器信號(hào)燈狀態(tài)與車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)如下：S0:東西方向車(chē)道的綠燈亮，車(chē)道通行；南北方向車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；S1:東西方向車(chē)道

6、的黃燈亮，車(chē)道緩行；南北方向車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；S2:東西方向車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；南北方向車(chē)道的綠燈亮，車(chē)道通行；S3：東西方向車(chē)道的紅燈亮，車(chē)道禁止通行；南北方向車(chē)道的黃燈亮，車(chē)道緩行。用以下6個(gè)符號(hào)來(lái)分別代表東西（A）、南北（B）方向上個(gè)燈的狀態(tài)：GA=1: 東西方向車(chē)道綠燈亮；YA=1：東西方向車(chē)道黃燈亮；RA=1：東西方向車(chē)道紅燈亮；GB=1：南北方向車(chē)道綠燈亮；YB=1：南北方向車(chē)道黃燈亮；RB=1：南北方向車(chē)道紅燈亮。實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換有多種方法，現(xiàn)采用比較典型的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換工作。若選用JK觸發(fā)器，則原理如下。JK觸發(fā)器設(shè)狀態(tài)編碼為S0=00,S1=

7、01,S2=11,S3=10,其輸出為Q1，Q2，則其與信號(hào)燈狀態(tài)關(guān)系如表31所示。狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出Q0 Q1 0 0 0 1 1 1 1 0Q0* Q1* 0 1 1 1 1 0 0 0GA YA RA GB YB RB 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0可以得出信號(hào)燈狀態(tài)的邏輯表達(dá)式： GA =Q1Q0 YA =Q1Q0 RA =Q1 GB =Q1Q0 YB =Q1Q0 RB=Q1JK觸發(fā)器的輸出狀態(tài)是與J輸入端的狀態(tài)相同的，同時(shí)分析表3-1，觸發(fā)器0的現(xiàn)態(tài)與觸發(fā)器1的次態(tài)相同，觸發(fā)器1的現(xiàn)態(tài)與觸發(fā)器0的次態(tài)相反

8、，因此可以將觸發(fā)器0的輸出端Q、Q（現(xiàn)態(tài)）分別接觸發(fā)器1的J、K輸入端（次態(tài)），觸發(fā)器1的輸出端Q、Q（現(xiàn)態(tài)）分別接觸發(fā)器0的K、J端（次態(tài)），取觸發(fā)器0為 、觸發(fā)器1為 ，連接后的電路如下圖所示： JK觸發(fā)器連接的電路倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器十字路口要有數(shù)字顯示作為倒計(jì)時(shí)提示，以便人們更直觀的把握時(shí)間。具體工作方式為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1，計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)位“4”和“0”。十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計(jì)時(shí)過(guò)程中計(jì)數(shù)器還向信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器供模4的定時(shí)信號(hào)T4和模0的定時(shí)信號(hào)T0，用以控制黃燈的閃爍和黃燈向紅燈的變換。 倒計(jì)時(shí)

9、顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)并顯示計(jì)數(shù)器的輸出值。 根據(jù)要求，采用兩片74190芯片構(gòu)成計(jì)數(shù)器，因?yàn)?4190是十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。采用兩片74190芯片可設(shè)計(jì)成0099的百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再根據(jù)線路連接的改變將其連接成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 74190沒(méi)有專(zhuān)用的清零輸入端，但可以借助QD、QC、 QB、 QA的輸出數(shù)據(jù)間接實(shí)現(xiàn)清零功能。其功能表如下圖所示：表3-2 74190的功能表CTEN D/U CLK LOADA B C D QA QB QC QD 0 A B C D 0 1 1 減計(jì)數(shù) 0 0 1 加計(jì)數(shù) 1 1 0 0 0 0 要實(shí)現(xiàn)24s的

10、倒計(jì)時(shí)，需選用兩個(gè)74190芯片級(jí)聯(lián)成一個(gè)從99到00的計(jì)數(shù)器，其中作為個(gè)位數(shù)的74190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器，再把個(gè)位數(shù)74190芯片輸出端QD用一個(gè)與門(mén)連起來(lái)，再接在十位數(shù)74190芯片的CLK端。當(dāng)個(gè)位數(shù)減到0時(shí)，再減1就會(huì)變成9，0（0000）和9（1001）之間的QA 、QD同時(shí)由0變?yōu)?，把QA 、QD起來(lái)接在十位數(shù)74190芯片的CLK端，此時(shí)會(huì)給十位數(shù)74190芯片一個(gè)脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。則又74190芯片的功能性質(zhì)可知，當(dāng)個(gè)位數(shù)74190的C管腳和十位數(shù)74190的B管腳同時(shí)置1，CTEN端接低電頻，加/減計(jì)數(shù)控制端D/U接高電頻實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，預(yù)置端LOAD接高電頻

11、時(shí)計(jì)數(shù)，接低電頻時(shí)預(yù)置數(shù)。因此，工作開(kāi)始時(shí)，LOAD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LOAD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減為00時(shí)，LOAD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置數(shù)，如此循環(huán)下去。則連接后的電路如下圖所示：倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器電路倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器與信號(hào)燈轉(zhuǎn)化器的連接倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器向信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器提供定時(shí)信號(hào)T4和定時(shí)信號(hào)T0以實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換。TO表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“00”時(shí)（即綠燈的預(yù)置時(shí)間，因?yàn)榈健?0”時(shí)，計(jì)數(shù)器重新置數(shù)），此時(shí)給信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一個(gè)方向的綠燈亮，另一個(gè)方向的紅燈亮。接法為：把個(gè)位、十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD分別用一個(gè)4輸入或非門(mén)連起來(lái)，再把這兩個(gè)

12、4輸入或非門(mén)的輸出用一個(gè)與門(mén)連起來(lái)。T4表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“04”時(shí)，給信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“04”（0000 0100）時(shí)，把十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD用一個(gè)4輸入或非門(mén)連起來(lái)，個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QB、QD用一個(gè)兩輸入或非門(mén)連起來(lái)，再把這兩個(gè)或非門(mén)與個(gè)位計(jì)數(shù)器的的輸出端QA、QC用一個(gè)4輸入與門(mén)連接起來(lái)。最后將T4和T0兩個(gè)定時(shí)信號(hào)用或門(mén)連接接入信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘端。則連接圖如下圖所示： 交通燈信號(hào)控制器電路圖黃燈閃爍控制要求黃燈為閃爍狀態(tài)，即黃燈0.5秒亮，0.5秒滅，故用一個(gè)頻率為1赫茲的脈沖與控制黃燈的輸出信號(hào)

13、用一個(gè)與門(mén)連接至黃燈。在3.1.1中已用555定時(shí)器連接成了頻率為1赫茲的多諧振蕩器。白天夜間模式的轉(zhuǎn)換根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，要用一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制白天模式與晚上模式的改變。由經(jīng)過(guò)修改之后的組合邏輯電路輸出與輸入的表達(dá)式可以看出，白天與夜間模式的轉(zhuǎn)換由單刀雙擲開(kāi)關(guān)與與門(mén)或或門(mén)控制。當(dāng)開(kāi)關(guān)接上邊時(shí)為白天工作模式，開(kāi)關(guān)接地時(shí)為夜晚工作模式。則電路連接如下圖3-5所示： 白天夜間的切換開(kāi)關(guān)在實(shí)際生活中，手動(dòng)開(kāi)關(guān)電路畢竟不方便，因此實(shí)際應(yīng)用中可設(shè)計(jì)自動(dòng)開(kāi)關(guān)電路。用光敏電阻或光敏二極管、光敏三極管組成光亮度檢測(cè)電路，光亮度檢測(cè)電路檢測(cè)的電信號(hào)送入滯回電壓比較器，滯回電壓比較器根據(jù)光亮度輸出高低電平信號(hào)，這個(gè)

14、信號(hào)經(jīng)延時(shí)電路后（可用單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)），作為白天與夜間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。這樣當(dāng)天黑以后經(jīng)一段延時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)成夜間工作方式。第二天天量后經(jīng)一段延時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成白天工作方式。在本次課程設(shè)計(jì)中選擇使用手動(dòng)切換白天與夜晚模式的選擇。四.仿真過(guò)程及仿真結(jié)果 白天工作模式交通燈從點(diǎn)亮要求可以看出，有些輸出是并行的：如南北方向綠燈亮?xí)r，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮?xí)r，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向黃燈亮。信號(hào)燈采用紅、綠、黃發(fā)光二燈模擬。 在實(shí)際電路中，開(kāi)關(guān)J2和J7閉合，使個(gè)位74190的C管腳接高電平，A、B、D接低電平；十位74190的B管腳接高電平

15、，A、C、D接低電平，并且白天夜間的切換開(kāi)關(guān)不接地。計(jì)數(shù)器的開(kāi)關(guān)如下圖所示： 置數(shù)法的開(kāi)關(guān)連接方法白天的工作狀態(tài)結(jié)果如下圖3-7所示：白天工作狀態(tài)夜間工作模式南北東西各方向黃燈亮，且每秒閃動(dòng)一次，其它燈不亮，將設(shè)置的手動(dòng)開(kāi)關(guān)，撥動(dòng)到接地狀態(tài)。電路圖工作結(jié)果如下圖3-7所示： 夜間工作狀態(tài)仿真電路圖五.結(jié)論故障分析及總結(jié) 經(jīng)過(guò)一周的努力，我終于完成關(guān)于交通燈控制電路的電子課程設(shè)計(jì)，通過(guò)一周不斷的查各種資料讓我積累了許多實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，已初步掌握了數(shù)電的應(yīng)用技術(shù)，以及數(shù)字電路的知識(shí)和有關(guān)器件的應(yīng)用，我深刻體會(huì)到了數(shù)子電路技術(shù)對(duì)當(dāng)今現(xiàn)代社會(huì)的重要性。 經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多的東西，學(xué)會(huì)了，構(gòu)想及如何思考，怎樣把計(jì)劃付諸于實(shí)際行動(dòng)之中。同時(shí)與社會(huì)的不斷高速發(fā)展的步伐相比，我認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)的知識(shí)和技能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，有些實(shí)際性的問(wèn)題還不能夠解決，缺少很多有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值的知識(shí)儲(chǔ)備，缺乏應(yīng)有的動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力，缺少高效利用及篩選大量資料的能力，缺少應(yīng)有的團(tuán)隊(duì)合作精神，有待進(jìn)一步提高，我應(yīng)當(dāng)學(xué)好自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以適應(yīng)不斷發(fā)展的社會(huì)。 在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了如何有效的