基于數(shù)字電路的交通燈設(shè)計

電子技術(shù)課程設(shè)計報告課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目交通信號燈控制器所學專業(yè)名稱電子信息工程班級電信1班學號2023210xxx學生姓名張XX指導(dǎo)教師XXX2023年6月1日電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計〔論文〕名稱：交通信號燈控制器系(部)、專業(yè)：電氣學院電子信息工程學生姓名：張XX指導(dǎo)教師：XXX下達時間：2023年5月25日一、課程設(shè)計應(yīng)到達的目的：設(shè)計①設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間25秒；②要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道；③黃燈亮時要求每秒閃亮一次。二、課程設(shè)計任務(wù)和根本要求設(shè)計任務(wù)：①設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間25秒；②要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道；③黃燈亮時要求每秒閃亮一次。根本要求：①用交通燈控制十字路口的車輛通行，綠燈通行，黃燈緩行，紅燈停止，每次通行25秒，那么要求綠燈每次亮25秒。②綠燈亮25秒后變成黃燈，黃燈再亮5秒，當甲車道亮綠燈時，乙車道紅燈亮，那么當甲車道亮黃燈時，車輛緩行，此時乙車道不能通行，故亮紅燈，所以紅燈亮30秒。③黃燈閃亮，只需將黃燈的控制信號與時間的秒信號相與即可。目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要： 3第一章設(shè)計電路31.1設(shè)計任務(wù)與要求31.2設(shè)計分析3第二章總體設(shè)計方案42.1電路狀態(tài)分析42.2時間控制分析5第三章單元電路設(shè)計53.1時標電路53.2分頻電路678第四章電路總圖9第五章元件清單10第六章心得體會10參考文獻11芯片引腳與功能表11交通信號燈控制器摘要：在日常生活中，交通燈作為管理交通、調(diào)協(xié)車輛的一個便捷的手段，起著很大的作用。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，通行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設(shè)備，一個完善的交通燈程序會更有效的管理當前道路中出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。設(shè)計電路1.1設(shè)計任務(wù)與要求①設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，要求甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，每次通行時間25秒；②要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車道；③黃燈亮時要求每秒閃亮一次。1.2設(shè)計分析①用交通燈控制十字路口的車輛通行，綠燈通行，黃燈緩行，紅燈停止，每次通行25秒，那么要求綠燈每次亮25秒。②綠燈亮25秒后變成黃燈，黃燈再亮5秒，當甲車道亮綠燈時，乙車道紅燈亮，那么當甲車道亮黃燈時，車輛緩行，此時乙車道不能通行，故亮紅燈，所以紅燈亮30秒。③黃燈閃亮，只需將黃燈的控制信號與時間的秒信號相與即可。1.3設(shè)計原理與框圖為了確保十字路口的車輛順利、通暢地通過，往往都采用自動控制的紅、黃、綠的交通燈來進行指揮。其中紅燈亮，表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛緩慢通行；綠燈表示該道路允許通行。交通燈的控制系統(tǒng)框圖如圖1-1所示：時標時標分頻系統(tǒng)控制電路東西方向EW⊕⊕⊕GYR南北方向NS⊕⊕⊕GYR倒計時顯示圖1-1它主要由控制器、分頻器、倒計時器和時標等局部組成。時標以秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，倒計時器顯示兩組信號燈的控制時間，分頻器將時標秒信號進行五分頻，并將信號提供應(yīng)控制器，控制器是系統(tǒng)的主要局部，由它控制倒計時器，和紅綠黃燈的顯示情況?？傮w設(shè)計方案2.1電路狀態(tài)分析〔1〕兩車道的運行狀態(tài)共4種，如表2-1所示控制器狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)及時間S0〔00〕S1〔01〕S2〔11〕S3〔10〕南北綠，東西紅南北黃，東西紅南北紅，東西綠南北紅，東西黃南北通行，東西禁止通行(5t)南北緩行，東西禁止通行(t)南北禁止通行，東西通行(5t)南北禁止通行，東西緩行(t)表2-1控制器工作狀態(tài)及其功能表中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR,NSY,NSG;東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR,EWY,EWG。它們的工作方式，有些必須是并行進行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。應(yīng)滿足兩個方向的工作時序，即東西方向亮紅燈的時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和。同理，南北方向亮紅燈的時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和。本方案取時間t=5s，那么南北、東西方向亮綠、黃、紅燈時間分別為25s、5s、30s。其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和，黃燈是間歇閃耀。2.2時間控制分析〔2〕十字路口要有數(shù)字顯示作為時間提示，以方便人們更直觀地把握時間。具體應(yīng)為當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1計數(shù)方式，直至減到數(shù)為“0〞，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。例如當南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為30，并使計數(shù)器開始減“1〞計數(shù)。當減到綠燈滅而黃燈亮〔閃耀〕時，數(shù)顯示應(yīng)為5，當減到“0〞時，此時黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為30。時序工作流程圖如圖2-2所示：S0=00S0=0030sS1=015sS2=1030sS3=1125s圖2-2(3)時標直接由集成的時鐘信號源提供1s的單位秒脈沖；倒計時器由4塊74LS192兩兩組合，分別記錄南北、東西方向的通行情況，數(shù)字顯示由四塊集成的4輸入端數(shù)碼管承當；時間t=5s，有74LS161的五分頻信號提供；控制器由2塊74LS194組成扭環(huán)行12進制計數(shù)器，提供紅黃綠燈的控制信號，再由集成的虛擬交通燈模擬紅黃綠的顯示情況。單元電路設(shè)計3.1時標電路秒脈沖由如圖3-1所示的集成時鐘信號源提供，本方案信號源采用5V的電壓，它是整個電路的基準時間信號，它的秒脈沖直接提供應(yīng)分頻器74LS161，并觸發(fā)其工作?！惨部梢圆捎?55定時器來提供秒脈沖信號〕圖3-13.2分頻電路該分頻電路為五分頻，具體設(shè)計情況如圖3-2所示：圖3-24位同步二進制計數(shù)器74LS161的封裝及功能表見附錄，將芯片的始能端ENP、ENT，清零端〔低電平有效〕，電源端接5V〔高電平〕，輸出端QC五進制的進位端通過74LS04非門反應(yīng)給置數(shù)端LOAD〔低電平有效〕，輸入端A、B、C、D均接地〔低電平〕，計數(shù)器從0開始計時，當計數(shù)到4時，輸出端QC為1〔高電平〕，此時置數(shù)端LOAD有效，輸入端重新置為0，如此循環(huán)，計時器反復(fù)從0-4計五個數(shù)，該過程中CLK,QA,QB,QC的波形依次如圖3-3所示：圖3-3由波形圖可知圖3-2中的計數(shù)器是下降沿觸發(fā)的，QB,QC均為五分頻信號，本方案中選擇QC信號并輸入給下級的核心控制電路，作為74LS194的觸發(fā)信號?？刂齐娐肪植坑蓛蓧K74LS194組成扭環(huán)行12進制計數(shù)器，然后經(jīng)74LS04的非門與74LS08的與門譯碼，輸出給十字路口南北、東西兩個方向的信號燈，其中的黃燈信號與時標秒信號相與即可獲得每秒閃亮一次的信號。扭環(huán)行計數(shù)器的狀態(tài)表如下所示計數(shù)器輸出南北方向東西方向Q0Q1Q2Q3Q4Q5NSGNSYNSREWGEWYEWR00000001000011100000100001211000010000131110001000014111100100001511111001000161111110011007011111001100800111100110090001110011001000001100110011000001001010根據(jù)狀態(tài)表，可列出東西、南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達式：東西方向綠：EWG=Q4·Q5’黃：EWY=Q4’·Q5(EWY’=EWY·CP)紅：EWR=Q5’南北方向綠：NSG=Q4’·Q5黃：NSY=Q4·Q5’(NSY’=NSY·CP)紅：NSR=Q5具體電路圖3-4設(shè)計如下圖：圖3-474LS194四位雙向移位存放器的引腳與功能表見附錄，將其中一片74LS194的QD接至另一片的SR，將另一片的QA接到這片的SL，同時把兩片的S1、S0、CLK和~CLR分別并聯(lián)即可變成8位的雙向移位存放器，如上圖所示電路只采用右移功能，故只將左邊的74LS194的QD接至右邊的SR，再降右邊輸出端的QB接方向器非門反應(yīng)給左邊的SR，作為右移的輸入信號，從而行成扭環(huán)12進制計數(shù)器，另上圖兩片74LS194輸出端的QA、QB、QC、QD從左至右分別為Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8。按東西、南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達式連接成上圖所示電路的右邊局部，黃燈閃亮那么需將EWY和NSY分別與時標信號相與。圖中上面的交通燈模擬東西方向，下面的那么模擬南北方向。另外，S0、~CLR接高電平，S1接低電平，CLK接上級的五分頻信號。并將東西、南北方向的黃燈信號與時標秒脈沖相與(EWY’=EWY·CP和NSY’=NSY·CP)的反向信號分別輸出給下級南北、東西方向倒計時器的置數(shù)端，東西、南北反向的紅燈信號和時標秒脈沖的與信號分別輸出給下級南北、東西方向倒計時器，作為觸發(fā)信號。電路具體設(shè)計如圖3-5所示，左邊兩塊74LS192和集成數(shù)碼管記錄和顯示南北方向紅燈亮的時間，右邊兩塊74LS192和集成數(shù)碼管記錄和顯示東西方向紅燈亮的時間。將低位74LS192的借位輸出端(~BO)和進位輸出端(~CO)分別接至高位的減計數(shù)時鐘輸入端(DOWN)和加計數(shù)時鐘輸入端(UP)，組成兩位十進制計數(shù)器。本計數(shù)器用來倒計時，將減計數(shù)時鐘輸入端(DOWN)，接上級相應(yīng)控制電路紅燈信號和時標秒脈沖的與信號，低位的加計數(shù)時鐘輸入端(UP)接5V的高電平，置數(shù)端接上級相應(yīng)控制電路黃燈信號與時標秒脈沖相與的反向信號，置數(shù)輸入端都置成30，異步清零(CLR)接地〔低電平〕。圖3-5第四章電路總圖第五章元件清單第六章心得體會剛開始看到電子設(shè)計的15個題目，我頓時感覺躍躍欲試，因為做了老久的實驗。對各個集成塊的各個管腳都大致有了了解；每次做實驗我差不多都能一次完成及很好的完成接線任務(wù)；同學們說我做的不錯。所以更想做此次的電設(shè)。當我看到交通燈控制器這個題目時，我情不自禁的就選擇了它。因為我對交通燈怎么通行的很是好奇。并且想通過自己掌握的知識設(shè)計出一個能完成根本任務(wù)的交通燈。然后我開始慢慢的查找資料。進行設(shè)計環(huán)節(jié)。借閱了有關(guān)Multisim仿真軟件的書籍。根本了解了怎么添加元件，修改元件，以及怎么仿真。設(shè)計過程沒有想象的那么簡單。在倒計時電路時遇到了些麻煩，所以花了比擬多的時間在上面。程老師要求說我們可以做出實物也可以交仿真文件。我感覺能做出仿真電路已經(jīng)并非易事，要在去做出實物。那就更難了，總的來說此次設(shè)計，辛苦也有，失望也有，最重要的是我學習到了很多?？赡芨蛹由盍宋覍Ρ緦I(yè)的熱愛，以及立志要成為一名優(yōu)秀的硬件工程師的決心!參考文獻[1]《數(shù)字電子技術(shù)根底》/閻石主編；清華大學電子學教研組編.-5版.-北京：高等教育出版社，2006.5〔2023重印〕[2][3]《數(shù)字電路與可編程技術(shù)實驗教程》/吳俊鵬，孟昭林，附小晶主編—[4]《電子技術(shù)根底實驗與仿真》/孫勝麟，郭照南主編—附錄：芯片引腳與功能表=1\*GB3①4位同步二進制計數(shù)器74LS161的引腳及功能