十字路口的交通燈控制電路設(shè)計(jì)的數(shù)電論文

1、河南理工大學(xué)數(shù)電課程設(shè)計(jì)題 目：十字路口交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)班級(jí)：通信工程學(xué) 號(hào)：姓 名：合 作 人：時(shí) 間：2011年9月1日目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 3二、一般的交通燈系統(tǒng).4三、交通燈設(shè)計(jì)原理. . .7四、各子電路單元的計(jì). 15五、總電路圖. .19六、電路調(diào)試.21七、操作說明.22八、心得體會(huì).23九、元器件清單.24十、參考文獻(xiàn).24一 設(shè)計(jì)任務(wù)書在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路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；綠燈亮表示該

2、條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，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。設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下（1）甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行。（2）每次通過時(shí)間為8秒。（3）每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮然后才能變換運(yùn)行車道。（4）黃燈亮?xí)r，要求持續(xù)亮2秒。（5）十字路口有數(shù)字顯示燈亮?xí)r間，要求燈亮?xí)r間以秒為單位作減計(jì)數(shù)；二 一般的交通燈控制系統(tǒng)工作過程如下：（1）圖甲車道綠燈亮，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(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)

3、。（2）甲車道黃燈亮，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(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）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL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）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(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)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的

4、轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)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，則控制器的工作狀態(tài)與功能如下表所示?？刂破鳡顟B(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲綠，乙紅甲黃，乙紅甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道通行，乙車道禁止通行甲車道緩行，乙車道禁止通行甲車道禁止通行，乙車道通行甲車禁止道通行，乙車道緩行表1 控制器工作狀態(tài)與其功能 控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡便起見，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： AG=1：甲車道綠燈亮；BG=1：乙車道綠燈亮；AY=1：甲車道黃燈亮；BY=1：乙車道黃

5、燈亮；AR=1：甲車道紅燈亮； BY=1：乙車道紅燈亮；由此得到交通燈的ASM圖，如 圖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(shí)間小于25秒時(shí)，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(shí)間等于25秒時(shí)，TL=1，跳轉(zhuǎn)到S1，這時(shí)當(dāng)S1持續(xù)時(shí)間小于5秒時(shí)TY=0，控制器保持S1不變，只有當(dāng)持續(xù)時(shí)間等于5秒時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST（用條件輸出框表示ST），也就是說每跳轉(zhuǎn)一次持續(xù)總時(shí)長為30秒，然后轉(zhuǎn)換到下一個(gè)S2狀態(tài)，滿足條件又跳到S3的總時(shí)長30秒工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所示表達(dá)的含義。AR BYSTAG BR01TYTL01

6、0011TLAR BGSTTYAY BR圖3畫出交通燈控制器的ASM三 交通燈設(shè)計(jì)原理通過同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74lS161D和組合邏輯電路來控制十字路口各個(gè)紅黃綠燈的亮與滅，在交通燈亮滅的同時(shí)，再通過加減法計(jì)數(shù)器74LS191D和組合電路來控制主次道紅黃綠燈的計(jì)數(shù)顯示，比如計(jì)數(shù)器通過組合邏輯電路使紅燈亮，同時(shí)通過組合電路使主道開始計(jì)數(shù)。邏輯電路圖如下圖所示：同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1611.74LS161的邏輯功能74LS161的外引線圖 74LS161的邏輯符號(hào) 功能表：時(shí)序圖：在multisim中74LS161功能的實(shí)現(xiàn)可預(yù)置的4位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS191時(shí)序表：在multi

7、sim中74LS191功能的實(shí)現(xiàn)74LS161 74LS191在實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈中的真值表 D1B1C1A1D2B2C2A2D3B3C3A30 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 2 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 3 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 4 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 5 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 6 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 7 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 8 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0

8、 0 0 9 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 11 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 12 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 13 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 14 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 15 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 74LS161 74LS191在實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈中的卡諾圖南北方向：D1C1B1A100011110001100011100111100101100D1C1B1A1000111100000100100101100

9、11100011D2=D1非 C2=D1C1+D1B1D1C1B1A100011110000011010011110011100011D1C1B1A100011110000000010000020000030000B1=D1 A2=0南北燈：F紅=D1非F黃=（D1非+C1+B1）非F綠=D1C1+D1B1東西方向：D1C1B1A10001111000001101011110011100011D1C1B1A100011110000100010100111100101100D3=D1C3=D1非(C1+B1)D1C1B1A100011110001100011100111100101100D1C1

10、B1A100011110000000010000110000100000B3=D1非 A3=0東西燈：F紅=D1F黃=（D1+C1+B1）非F綠=D1非(C1+B1)四 各子電路單元設(shè)計(jì)1.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在仿真電路中的實(shí)現(xiàn)2.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在仿真電路中的參數(shù)設(shè)置數(shù)字變換過快過慢都不符合實(shí)際經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)頻率設(shè)置為50Hz左右時(shí)，數(shù)字顯示器變化頻率正合適3.74LS161計(jì)數(shù)器在仿真電路中的實(shí)現(xiàn)4.74LS191計(jì)數(shù)器在仿真電路中的實(shí)現(xiàn)5.紅黃綠指示燈在仿真電路中的實(shí)現(xiàn)6.數(shù)字顯示器在仿真電路中的實(shí)現(xiàn)7.電路模塊功能的實(shí)現(xiàn)十字路口南北方向電路的實(shí)現(xiàn)東西南北方向電路的實(shí)現(xiàn)以子電路替換使線路簡單化五

11、總電路圖六 電路試調(diào)電路連接完后，要進(jìn)行調(diào)試，以檢測是否達(dá)到要求。實(shí)踐表明，一個(gè)電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝往往也難于達(dá)到預(yù)期效果。這是因?yàn)槿藗冊(cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問題，必須通過安裝后的測試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的不足。然后采取措施加以改進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對(duì)從事電子技術(shù)與有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說，是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器。調(diào)試前的檢查電子安裝完畢，通常不宜急于通電，要形成這種習(xí)慣，先要仔細(xì)檢查。其檢查容包括：（1） 連線是否正確 檢查的方法通常有兩種方法：a.按照電路圖檢查安裝的線路這種方法

12、的特點(diǎn)是根據(jù)電路圖連線，按一定順序安裝好的線路，這樣比較容易查出哪里有錯(cuò)誤。按照實(shí)際線路來對(duì)照原理圖電路進(jìn)行查線這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個(gè)元件引腳的線一次查清，檢查每個(gè)去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯(cuò)線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯(cuò)，對(duì)于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆1”擋，或數(shù)字萬用表“歐姆擋”的蜂鳴器來測量，可直接測量元、器件引腳，這樣可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。 元器件的安裝情況 檢查元器件引腳之間有無短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管“+”、“-”極不要接反。調(diào)試方法與原則通電觀察把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路。

13、觀察有無異常現(xiàn)象，包括有無元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能通電。一步對(duì)電路參數(shù)提出合理的修正。調(diào)試中注意的事項(xiàng)為了保證效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點(diǎn)： （1） 正確使用測量儀器的接地端（2） 測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。因?yàn)?，若測量儀器輸入阻抗小，則在測量時(shí)會(huì)引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。（3） 儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點(diǎn)。（4） 用同一臺(tái)測量儀進(jìn)行測量進(jìn)，測量點(diǎn)不同，儀器阻引起的誤差大小將不同。（5） 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，還要于記錄。記錄的

14、容包括實(shí)驗(yàn)條件，觀察的現(xiàn)象，測量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問題，完善設(shè)計(jì)方案。（6） 調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問題就拆掉線路重新安裝。因?yàn)橹匦掳惭b的線路仍可能存在各種問題。我們應(yīng)該認(rèn)真檢查.調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。對(duì)于本交通燈來說，只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調(diào)試，直接進(jìn)行測量。測試電路中線路是否接通 同上用萬用表的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩表筆接到被測的一組線的起始線和末端線的兩端，看電阻是否為零，如果是零，則證明是通的；如果是無窮大，則證明中

15、間有線是短開的，則要一根一根的檢查該組的沒一根線，直到查出為止。通電后的測試（1）測試電源用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源的電壓，看是否達(dá)到額定電壓（本產(chǎn)品為+5V），如果不是，則換電源。（2）測試芯片的電源輸入端同上用萬用表的直流電壓檔，測試芯片的接地端與接電源端的點(diǎn)呀，看是否達(dá)到芯片的額定電壓（本產(chǎn)品所用的芯片都是+5V），如果不是，則檢查其線路是否接錯(cuò)。七 操作說明1、根據(jù)題目的要求，整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)需要有4個(gè)時(shí)間顯示器，12個(gè)交通信號(hào)燈。2、打開仿真開關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為8秒，打開總開關(guān)，數(shù)碼管此時(shí)顯示8，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅

16、燈亮，直到數(shù)碼管顯示時(shí)間為0秒，然后黃燈亮兩秒，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。七 元器件清單 集成電路 74LS161 1片 74LS191 2片 74LS04D 1片 74LS02D 1片74LS32D 7片 74LS08D 2片 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1個(gè)數(shù)字顯示器四個(gè)紅黃綠指示燈各四個(gè)八 體會(huì)心得通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強(qiáng)了我獨(dú)立思考和合作交流與動(dòng)手能力。通過對(duì)設(shè)計(jì)中的每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)鞏固了對(duì)理論知識(shí)的掌握，而且感覺實(shí)踐和理論并非同一回事，深深的認(rèn)識(shí)的多動(dòng)手的重要性。在這次實(shí)踐中，加強(qiáng)了對(duì)各種元器件的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以是自己設(shè)計(jì)出更好更簡潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此在實(shí)踐中中的遇到的問題，還可以使自己學(xué)到更多，對(duì)問題理解的更加透徹。比如剛開始時(shí)自己設(shè)計(jì)的電路用的元器件較多許多都找不多，看多同學(xué)的設(shè)