交通燈控制電路設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 題目名稱 交通燈控制電路設(shè)計 學(xué)生學(xué)院 物理與光電工程學(xué)院 專業(yè)班級 13電子科學(xué)與技術(shù)1班 學(xué) 號 3113008268 學(xué)生姓名 李玉祥 指導(dǎo)教師 陳元電 2014年06月 29 日1 設(shè)計題目摘要 1.1 選題B：交通燈控制電路設(shè)計 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(shè)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€內(nèi)。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。1.2&#

2、160;設(shè)計任務(wù)與要求 （1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號燈。 （2）當(dāng)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(shè)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(zhuǎn)換過程中間，要亮5s的黃燈作為過渡，設(shè)置5s計時顯示電路。 2 原理電路和程序設(shè)計 2.1 方案比較 方案一：秒脈沖發(fā)生器使用晶振產(chǎn)生，數(shù)碼管使用共陽極7段數(shù)碼管，計數(shù)器利用時序邏輯電路的設(shè)計方法設(shè)計。 方案二：秒脈

3、沖發(fā)生器使用555定時器，數(shù)碼管使用共陰極7段數(shù)碼管，減法計數(shù)器使用MSI的74LS190。 由于交通燈計數(shù)器不需要很精確的秒脈沖，而且555定時器如果利用進度高的小型電位器的話也可以達(dá)到很高的精度，而且不需要分頻器；直接利用觸發(fā)器設(shè)計計數(shù)器的話工作量大，而且電路復(fù)雜，話費多，所以使用集成芯片74LS190來作為計數(shù)器。74LS190是高電平輸出，故使用共陰極的數(shù)碼管。2.2 整體電路2.3 單元電路設(shè)計及工作原理分析 實現(xiàn)上述任務(wù)的控制器整體結(jié)構(gòu)，如圖所示。30S,20S,5S計時器時鐘信號主 控 制 器顯示譯碼驅(qū)動電路支干道信號燈主干道信號燈3電路設(shè)

4、計計算與分析 3.1時鐘脈沖信號的產(chǎn)生 時鐘脈沖信號由555定時器與相應(yīng)大小的電阻和電容連接而成的多諧振蕩器來產(chǎn)生。由于電路中需要的脈沖信號周期為1S，如果選用的電容分別是10UF和0.01UF，則根據(jù)周期計算公式T=(R1+2R2)CLN2，可得到R1+2R2的阻值為151K歐，因此我們令R1等于39K歐，R2等于51K歐，則連接而成的由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如下圖所示。3.2主控制器主控電路是本課題的核心，主要控制30s、20s、5s三個定時器，它的輸出一方面經(jīng)譯碼后分別控制主干道和支干道的三個信號燈，另一方面控制定時電路啟動。主控電路屬于時序邏輯電路，可采用狀態(tài)

5、機的方法進行設(shè)計。主干道和支干道各自的三種燈（紅、黃、綠），正常工作時，只有4種可能，即4種狀態(tài)：主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動30s定時器，狀態(tài)為S0；主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動5s定時器， 狀態(tài)為S1；主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動20s定時器，狀態(tài)為S2；主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動5s定時器，狀態(tài)為S3。四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5： 主綠燈支紅燈亮主黃燈支紅燈亮主紅燈支綠燈亮主紅燈支黃燈亮已過5sS0S1S2S3未過30s已過30s已過20s未過20ss未過5s未過5s已過5s圖5交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可用2個JK觸發(fā)器表達(dá)上述四種狀態(tài)的分配和轉(zhuǎn)換。 3.3

6、計時器電路 計時器電路是本次設(shè)計中做復(fù)雜也最為關(guān)鍵的一部分，這一部分又可以分為輸出和輸入兩部分。輸入的信號除了秒脈沖時鐘信號以外，更重要的是主控電路對其輸入的置數(shù)信號。輸出信號為三部分，分別是主次干道的計時顯示電路、置數(shù)端開關(guān)控制信號、主控電路的脈沖控制信號。 （1）百進制計數(shù)器電路 這一部分我們選用兩片十進制計數(shù)器芯片74LS190D級聯(lián)而成。74LS190D可以實現(xiàn)加計數(shù)和減計數(shù)，由U/D控制，當(dāng)輸入為低電平時進行加計數(shù)，反之則為減計數(shù)，本次設(shè)計選用減計數(shù)，因此U/D端輸入始終為高電平。CTEN端為擴展功能端，接入低電平時正常工作，級聯(lián)接線如圖3-4所示。&#

7、160;      （2）置數(shù)端開關(guān)信號與主控器脈沖信號輸出電路 當(dāng)計數(shù)器每完成一個狀態(tài)的計數(shù)后，需要打開自己的置數(shù)端接受主控器下一個狀態(tài)的置數(shù)，同時輸出脈沖送往主控器使其產(chǎn)生新的狀態(tài)。由于每完成一個計數(shù)狀態(tài)，計時器都會有一個低電平進位輸出，我們可以將這個低電平送往置數(shù)端開關(guān)端口打開置數(shù)端，同時反向后送往主控器切換狀態(tài)。但由于進位輸出信號過于短暫，可能使主控器電路來不及反應(yīng)就消失，造成電路不穩(wěn)定。為了解決這一個問題，使進位輸出信號有足夠的寬度，我們想到用基本RS觸發(fā)器組成反饋置數(shù)電路，由于進位輸出信號是低電平，所以反饋電路可

8、設(shè)計如圖3-5所示。         圖3-5  基本RS觸發(fā)器組成的進位輸出電路3.4計時器顯示電路 在本次設(shè)計中，主道和次道的計時顯示電路我們僅僅用數(shù)碼顯示管DCD_HEX來完成，用于計時狀態(tài)的顯示，主道于此道顯示器接法相同，如圖3-9所示。3.5元件選擇序號名稱型號參數(shù)數(shù)量備注1加/減法計數(shù)器74LS190D22七段數(shù)碼管DCD-HEX434位二進制計數(shù)器74LS163D143線8線譯碼器74LS138D15反相器74LS04D46或門74LS32D37與門74LS08D28或非

9、門74LS08D29電阻150K210電阻51K111電阻39K112電容1uF213電容10uF114電容10nF115555計時器LM555CM116發(fā)光二極管大2紅色17發(fā)光二極管大2黃色17發(fā)光二極管大2綠色4電路和程序調(diào)試過程與結(jié)果4.1主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動20s定時器4.2主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動5s定時器4.3主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動30s定時器4.4主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動5s定時器5總結(jié)5.1作品的優(yōu)點1）實驗仿真作品基本符合本課程設(shè)計任務(wù)和要求2）實驗所用元器件不多，連線較簡單5.2作品的缺點 1）實驗亮燈順序是:主紅燈和支綠燈亮

10、，支干道通行，啟動20s定時器 主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動5s定時器 主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動30s定時器 主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動5s定時器與實驗要求有些差異。 2）實驗數(shù)碼管控制電路只在主干道有，支干道的數(shù)碼顯示還是由主干道的數(shù)碼控制電路。一旦主干道的數(shù)碼管控制電路損壞，主支干路的數(shù)碼管都不能顯示，給交通帶來極大不便。 5.3實驗心得通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。同時這次電路設(shè)計實習(xí)，使得我對數(shù)字電路更感興趣，并且，在設(shè)計的過程中，積極去查閱資料，不僅學(xué)會了 獨立思考，而且學(xué)會了在遇到困難的時候不慌忙，不亂陣腳，仔細(xì)查找問題。更好的提高了自己的動手能力，還主動幫助同學(xué)查找問題。同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。