交通燈控制電路設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱交通燈控制電路設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)院 物理與光電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)13 電子科學(xué)與技術(shù)1班學(xué)號(hào)68 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(jì)題目摘要選題B:交通燈控制電路設(shè)計(jì)由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)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(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(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?？吭诮芯€內(nèi)。實(shí)現(xiàn)紅、綠燈的自動(dòng)指揮對(duì)城市交通管理現(xiàn)代化有著重要的意義。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。（2）當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)，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(jì)30s和20s計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)顯示電路。2原理電路和程序設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器利用時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。方案二：秒脈沖發(fā)生器使用555定時(shí)器，數(shù)碼管使用共陰極 7段數(shù)碼管，減法計(jì)數(shù)器使用MSI的74LS19。由于交通燈計(jì)數(shù)器不需要很精確的秒脈沖，而且555定時(shí)器如果利用進(jìn)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(jì)計(jì)數(shù)器的話工作量大，而且電路復(fù)雜，話費(fèi)多，所以使用集成芯片74LS190來作為計(jì)數(shù)器。74LS190是高電平輸出，故使用共陰極的數(shù)碼管。整體電路單元電路設(shè)計(jì)及工作原理分析實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的控制器整體結(jié)構(gòu)，如圖所示。時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)30S,20S,5s計(jì)時(shí)器3電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析時(shí)鐘脈沖信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)由555定時(shí)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(hào)周期為 1S,如果選用的電容分別是10UF和，則根據(jù)周期計(jì)算公式T=(R1+2R2)CLN2可得至UR1+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(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如下圖所示。主控制器主控電路是本課題的核心，主要控制30s、20s、5s三個(gè)定時(shí)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(gè)信號(hào)燈， 另一方面控制定時(shí)電路啟動(dòng)。主控電路屬于時(shí)序邏輯電路，可采用狀態(tài)機(jī)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。主干道和支干道各自的三種燈(紅、黃、綠),正常工作時(shí)，只有主干道和支干道各自的三種燈(紅、黃、綠),正常工作時(shí)，只有4種可能，即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(dòng)主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動(dòng)主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動(dòng)主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動(dòng)四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5:30s定時(shí)器，狀態(tài)為So；5s定時(shí)器，狀態(tài)為S;20s定時(shí)器，狀態(tài)為S;5s定時(shí)器，狀態(tài)為5交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可用2個(gè)JK觸發(fā)器表達(dá)上述四種狀態(tài)的分配和轉(zhuǎn)換。計(jì)時(shí)器電路計(jì)時(shí)器電路是本次設(shè)計(jì)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(hào)除了秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)以外，更重要的是主控電路對(duì)其輸入的置數(shù)信號(hào)。輸出信號(hào)為三部分，分別是主次干道的計(jì)時(shí)顯示電路、置數(shù)端開關(guān)控制信號(hào)、主控電路的脈沖控制信號(hào)。（1）百進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路這一部分我們選用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74LS190D?聯(lián)而成。74LS190D可以實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)，由U/D控制，當(dāng)輸入為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，反之則為減計(jì)數(shù)，本次設(shè)計(jì)選用減計(jì)數(shù)，因此U/D端輸入始終為高電平。CTEN?為擴(kuò)展功能端，接入低電平時(shí)正常工作，級(jí)聯(lián)接線如圖3-4所示。（2）置數(shù)端開關(guān)信號(hào)與主控器脈沖信號(hào)輸出電路當(dāng)計(jì)數(shù)器每完成一個(gè)狀態(tài)的計(jì)數(shù)后，需要打開自己的置數(shù)端接受主控器下一個(gè)狀態(tài)的置數(shù)，同時(shí)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(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)，計(jì)時(shí)器都會(huì)有一個(gè)低電平進(jìn)位輸出，我們可以將這個(gè)低電平送往置數(shù)端開關(guān)端口打開置數(shù)端，同時(shí)反向后送往主控器切換狀態(tài)。但由于進(jìn)位輸出信號(hào)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(gè)問題，使進(jìn)位輸出信號(hào)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(jìn)位輸出信號(hào)是低電平，所以反饋電路可設(shè)計(jì)如圖3-5所示。圖3-5基本RS觸發(fā)器組成的進(jìn)位輸出電路計(jì)時(shí)器顯示電路在本次設(shè)計(jì)中，主道和次道的計(jì)時(shí)顯示電路我們僅僅用數(shù)碼顯示管 DCD_HEX來完成，用于計(jì)時(shí)狀態(tài)的顯示，主道于此道顯示器接法相同，如圖3-9所示。

元件選擇在舁廳P名稱型號(hào)參數(shù)數(shù)量備注1力口/減法計(jì)數(shù)器74LS190D22七段數(shù)碼管DCD-HEX434位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS163D143線—8線譯raw74LS138D15反相器74LS04D46或門74LS32D37與門74LS08D28或非門74LS08D29電阻150KQ210 1電阻51KQ111電阻39KQ112電容1uF213 1電容10uF114電容10nF115555計(jì)時(shí)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)果主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動(dòng)20s定時(shí)器主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動(dòng)30s定時(shí)器主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動(dòng)5s定時(shí)器5總結(jié)作品的優(yōu)點(diǎn)1）實(shí)驗(yàn)仿真作品基本符合本課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求2）實(shí)驗(yàn)所用元器件不多，連線較簡(jiǎn)單作品的缺點(diǎn)）實(shí)驗(yàn)亮燈順序是 :主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動(dòng) 20s定時(shí)器主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動(dòng) 5s定時(shí)器主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動(dòng) 30s定時(shí)器主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動(dòng) 5s定時(shí)器與實(shí)驗(yàn)要求有些差異。）實(shí)驗(yàn)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。實(shí)驗(yàn)心得通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。同時(shí)這次電路設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，使得我對(duì)數(shù)字電路更感興趣，并且，在設(shè)計(jì)的過程中，積極去查閱資料，不僅學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考，而且學(xué)會(huì)了在遇到困難的時(shí)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(dòng)手能力，還主動(dòng)幫助同學(xué)查找問題。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)，我不僅對(duì)Multisim仿真軟件操作更熟