交通灯课程设计报告.doc

数字电子课程设计报告专 业： 电气信息工程 班 级： * 小组成员： *指导教师： * 二零一一年三月二十八日交通灯控制电路一、 系统概述一、设计任务与要求 1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯; 2、能实现正常的到计时功能 用一组数码管作为东西或南北任一方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）20秒，支干道每次放行（绿灯）24秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯5秒作为过渡。3、能实现特殊状态的功能（选做）（1）具有夜间显示状态，夜间双向均为黄灯闪烁（2）用led发光二极管模拟路口汽车驾驶情况4、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性 二、实验预习要求1复习数字系统设计基础。 2复习所需芯片的管脚图及功能。3根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图、模拟仿真图。 4.调试要求：分模块调试，记录调试情况。三、交通灯功能模块的划分交通灯控制电路主要由控制器、数显电路和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中显示电路和控制器的标准时钟信号源，数显电路由十进制可逆计数器主要构成，控制电路是系统的主要部分，由它控制交通灯及数显电路工作。图1 设计草案二、单元电路的设计与分析1分析系统的逻辑功能，画出其框图 信号转换状态1：南北方向车道的绿灯亮，车道，人行道通行；东西方向车道的红灯亮，车道，人行道禁止通行。状态2：南北方向车道的黄灯亮，车道、人行道缓行；东西方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；状态3：南北方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；东西方向车道的绿灯亮，车道、人行道通行；状态4：南北方向车道的红灯亮，车道、人行道禁止通行；东西方向车道的黄灯亮，车道、人行道缓行；交通灯控制系统的原理框图如图所示。系统框图方案特点道路较窄而车辆通行较多，支线、干线的车辆通行时间不等，允许人工监控或修改各线通行时间，同时设有道路应急控制。十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间，并且能够在人监控状态下，干道、支道通行时间通过键盘修改或通过开关人为控制。 本设计在很多方面，比如译码器的选择，定时器选型，程序调用方式等等尽量做到不与本组其他成员雷同，程序编制力求简便清晰，硬件连接图在保证每根具体用到的管脚线都能被表示出来的同时，力求线路连接清晰明确，尽量不使线与线之间过于缠绕。并且保证了电路工作的稳定性，同时加入了人工控制线路，可以更好的处理应急事件（如交通管制），晚上的黄灯闪烁对于夜间行驶的汽车起到提醒作用。主要构成它主要由控制器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中控制器的标准时钟信号源，计数器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作2画出交通灯控制器的asm（algorithmic state machine，算法状态机）（1）图南北绿灯亮，东西红灯亮。表示南北上的车辆允许通行，东西禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔tl时，控制器发出状态信号st，转到下一工作状态。（2）南北黄灯亮，东西红灯亮。表示南北上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，东西禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。（3）南北红灯亮，东西黄灯亮。表示甲车道禁止通行，东西上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔tl时，控制器发出状态转换信号st，转到下一工作状态。（4）南北红灯亮，东西黄灯亮。表示南北禁止通行，东西上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，系统又转换到第（1）种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用s0、s1、s3、s2表示，则控制器的工作状态及功能如表1所示，控制器应送出东西南、北方向红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定表1 控制器工作状态及功能控制状态 信号灯状态 车道运行状态s0（00）南北绿，东西红 南北通行，东西禁止通行s1（01）南北黄，东西红 南北缓行，东西禁止通行s3（11）南北红，东西绿 南北禁止通行，南北通行s2（10）南北红，东西黄 南北禁止通行，南北缓行ag=1：南北绿灯亮；bg=1：东西绿灯亮；ay=1：南北黄灯亮；by=1：东西黄灯亮；ar=1：南北红灯亮；by=1：东西红灯亮； s0 car=1 c=1001111 car=0 s1 s4 c=1001111 car=1 c=1001010 s3 s2 c=0101100 c=1001010 c=01100013单元电路的设计（1）定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号st作用下，首先置数24，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从24开始进行减1计数，向控制器提供模4的定时信号ty和模24的定时信号tl。 计数器选用集成电路74ls168进行设计。图2 交通灯的asm图co是进位输出端，d0d3是并行数据输入端，q0q 3是数据输出端。由两片74ls168串联组成的定时器电路如图4所示。 图3 74ls168的外引线排列图和时序波形图表2 74ls168功能表 74ls48功能图 数码显示译码器（1）七段发光二极管（led）数码管。led数码管是目前最常用的数字显示器，图3.5（a）、图3.5（b）为共阴管和共阳管的电路，图3.5（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。（a） 共阴连接（“1”电平驱动） （b）共阳连接（“0”电平驱动）（c） 符号及引脚功能图3.5 led数码管一个led数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5v，每个发光二极管的点亮电流在510ma。led数码管要显示bcd码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 ty：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，ty=1，否则，ty=0。st：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 2画出交通灯控制器的asm（algorithmic state machine，算法状态机） （1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔tl时，控制器发出状态信号st，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔ty时，控制器发出状态转换信号st，转到 定时器电路图 （2）控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。选用两个d触发器ff1、ffo做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为tl和ty，当控制器处于q1n+1q0n+1 00状态时，如果tl 0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到q1n+1q0n+1 01状态。这两种情况与条件ty无关，所以用无关项x表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号st。 控制器经由双d触发器74ls74得到，获得所需4倍频时钟信号。控制器的逻辑图如图5所示。图中r、c构成上电复位电路 。控制器逻辑图时钟输入到4分频那部分74ls74功能介绍 74ls74内含两个独立的d上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（d）、置位输入（）复位输入（）、时钟输入（cp）和数据输出（q、）。、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的d数据在cp上升沿作用下传送到输出端。74ls74功能表: 输 入输 出sdrdcpdqn1qn10110100100111101100111qnqn4. 时钟控制电路 时钟控制电路是由555定时电路控制的。利用的是555构成的多谐振荡器。由555定时器和外接元件r1、r2、c构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过r1、r2向c充电，以及c通过r2向放电端 ct 放电，使电路产生振荡。电容c在和之间充电和放电。输出信号的时间参数是 ttw1tw2， tw10.7(r1r2)c， tw20.7r2c 555电路要求r1 与r2 均应大于或等于1k ，但r1r2应小于或等于3.3m。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力这个555多谐振荡器是整个电路的时钟信号。要使电路的时间脉冲时间为一秒，则应使图中的r1为82k欧，r2为33k欧，电容c为10uf。时钟控制电路图5、扭环形电路扭环形电路图图为由74ls164以为寄存器构成的扭环形电路，来控制电路中东西南北的红绿灯亮的顺序。下图为74ls164引脚信息74ls164功能表符号引脚说明dsa1数据输入dsb1数据输入q0q336输出gnd7地 (0 v)cp8时钟输入（低电平到高电平边沿触发）/m/r9中央复位输入（低电平有效）q4q71013输出vcc14正电源罗亩的笔记三、电路的安装与调试一、实验仪器设备 1 数字电路实验箱（面包板） 2 集成电路74ls168 74ls74 74ls32 74ls00 74ls20 74ls164 3 电阻 33k ，82k4 电容 10uf ， 0.01uf 5 发光二极管 6. 开关 7. 导线若干二、实验内容及方法 表4控制器状态编码与信号灯关系表表4 状态编码与信号灯关系表现态次态输出q1nq0nq1n+1q0n+1gayaragbybrb00011000010111010001111000110010000010101 设计、组装译码器电路，其输出接东南、西北方向的6只信号灯（发光二极管），验证电路的逻辑功能。2设计、组装秒脉冲产生电路。3组装、调试定时电路。当 cp信号为 1hz正方波时，画出cp、 q0、 q1、 q2、q3、q4、tl、ty的波形，并注意它们之间一的时序关系。4组装、调试控制器电路。5完成交通灯控制电路的联调，并测试其功能。三、现象记录 实验完成后，有如下现象： 1.南北绿灯亮，东西红灯亮。同时东西数码管从24开始倒计时，南北不设数显电路，东西24秒倒计时完成后，改为从4开始倒计时，东西红灯熄灭，黄灯亮，南北的红灯继续亮。按照设计初衷，这时东西4秒倒计时完成后，数显应变成24等待下一个循环的开始倒计时，但是数码管没有显示24，而是没有置数，下个循环到来是直接倒计，这违背了我们的初衷，我们当机立断，把电源关掉（其实这是不对的），重新计时，重复了几次如此操作，还是没有成功，那叫一个心酸啊。在这个过程中，虽然交通灯的的跳变和循环数码管的倒计时显示不同步，但我们所有交通指示灯都按照正确顺序亮，这些许让我们不那么灰心。 2.夜间显示可以实现。3.由于时间关系，模拟路口汽车驾驶情况，这项我们没有完成。四、原因分析 关于实验中出现的数码管显示数字跳变问题，我们也讨论了很久，数码管虽然显示的数字错误，但显示的时间间隔是正确的。我们认为有两个原因：一个是74ls168是同步置数计数器，它和74ls164的工作模式不一样，这可能导致数码管的乱码问题。 另一个就是实验过程中74ls164所给的输出与时钟信号1秒脉冲搭配不上，导致无法置数。 五、解决措施 采用分频器作为电路的计数装置，对整个电路进行以4计数的设置。我们电路中所要设置的时间都是4的倍数，在经由老师的指点，是可以成功的。 四、结束语 本实验是我和刘丽玲同学一起完成的，在整个实验过程中，我们共同设计，组装，调试，接受检查。在整个实验的过程中，她极为认真，积极面对实验过程中出现的各种问题。为了能在规定的时间里完成实验，她几乎每天熬夜，直至电路设计成功。这种精神让我尤为感动。 本次实验做得还算成功，可以实现交通灯的基本功能。时间间隔正确，虽然在第一次循环时会出现乱码，但经过几个循环之后基本正常。我们的电路基本正确实现了基本要求，可以实现黄灯闪烁。东西方向置数为24时，而在第二个循环是有过不能实现置数，我原来想可能是74ls168的置数端持续时间过长的原因，但后来想想好象不可能。因为它只在第二次循环时不置数，而在接下去的多个循环均可以置数，所以置数端持续时间过长导致168置完数后再次置数这个原因不成立。既而想到，实验跟理论总有误差，也是实验本会出现的，无法达到理想，本次实验数码管在显示时也有问题。在大多数情况下是显示正确的，但在极少数情况时出现乱码，我觉得应该是面包板的问题，可能是接触不良吧。五、心得与体会开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为我们对这门课的一般设计都不是很会.对很多的芯片的功能都不是很清楚.还有ewb仿真软件,以前才来没有接触过,只是现在需要的时候才开