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电子技术课程设计 交通信号灯设计电科-电科-2013年6月28日交通信号灯设计在一个交通繁忙的十字路口，没有交通灯来控制来往车辆和行人的通行，假设也没有交警，那会发生什么事情呢？后果是难以想象的，可能会陷入一片混乱，甚至瘫痪。当然我们每个人都不希望这样。我们作为社会的一员，每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。我们设计了这个。通过本课程设计，使我们加强对电子技术课程内容的理解和掌握，学会使用数字电子技术设计和制做自动控制装置的方法，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力，也为将来的就业或继续深造做好准备。1设计目的 （1）培养数字电路的设计能力。 （2）掌握交通信号灯控制电路的设计、组装和调试方法。 （3）进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。 （4）提高综合运用所学的理论知识。独立分析和解决问题的能力。 2设计内容及要求 （1）设计一个交通信号灯控制电路。 要求： 主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30 s，支干道每次放行20 s。 每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5 s钟，此时原红灯不变。 用十进制数字显示放行及等待时间。 （2）用中、小规模集成电路组成交通信号灯电路，并在实验仪上进行组装、调试。3 实验器材介绍实验器材如下表1：名称型号个数二端与非门74LS005显示译码器74LS482二-五-十进制计数器74LS903四端与非门74LS202显示数码管D5011A2电阻3K欧姆2发光二极管红、黄、绿6电容220uF、50uF24 各主要元器件功能介绍（1）74LS00功能：四个输入与非门真值表：Inputs输入输出ABYLLHLHHHLHHHL5Q9838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 5Q9838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸图1 74LS00 引脚图5Q9838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸Absolute Maximum Ratings绝对最大额定值Supply Voltage 电源电压7VInput Voltage输入电压7VOperating Free Air Temperature Range自由空气温度范围0 to +70Storage Temperature Range储存温度范围-65 to +1505Q9838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 （2） 3.43.4芯片74ls48的功能74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。 74ls48引脚图图 3-5 74LS48真值表（3）芯片74ls90的功能74LS90功能：十进制计数器（2 和5） 原理说明：本电路是由4 个主从触发器和用作除2 计数器及计数周期长度为除5 的3 位2 进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9 输入。为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B 输入同QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A 上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。LS90 可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A 输入端，并把输入计数脉冲加到B 输入端，在QA 输出端处产生对称的十分频方波。真值表：Reset Inputs复位输入 输出 R0(1) R0(2) R9(1) R9(2) QD QC QB QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L LH X L X L COUNT COUNT COUNT COUNT L X L X L X X L X L L X H=高电平 L=低电平 =不定如图简单的计数器电路（接受任何TTL兼容逻辑信号）（4） 芯片7420的功能74ls20是常用的双4输入与非门集成电路，常用在各种数字电路和单片机系统中，他的cmos版本是74hc20,下面我给大家介绍一下这个芯片的相关资料，下面是管脚图：这个74ls20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门 第一组：1,2,4,5输入6输出。 第2组：9,10,12,13输入8输出。74LS20功能表A B C D Y1 1 1 1 00 X X X 1X 0 X X 1X X 0 X 1X X X 0 174HC20,74ls20测试:只要通过对输入1111,0111,1011,1101,1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。 （5） 显示数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a, b, c, d, e, f, g, DP 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮DP不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。LED数码管引脚定义5总体框图 十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图1所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。 要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成，整机电路的原理框图如图2所示。图1 十字路口图 图2 交通信号灯控制电路框图4交通信号灯基本原理及设计方法 （1）主控制器十字路口车辆运行情况只有4种可能： 设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30 s。 30 s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5 s。 5 s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20 s。 20 s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5 s。5 s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制器电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图3所示。 图3 主控制器的状态图 图4 主控制器的逻辑图 设S000，S101，S210，S311。实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。如用二-十进制计数器74LS90实现，采用反馈归零法构成4进制计数器，即可从输出端QBQA得到所要求的4个状态。逻辑图如图14-2-4所示。为以后叙述方便，设X1QB，X0QA。 （2）计数器计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30 s、20 s、5 s3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始30 s计数；30 s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5 s计数；5 s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20 s计数；20 s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5 s计数；5 s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设30 s、20 s、5 s计数的归零信号分别为A、B、C，则计数器的归零信号L为：其中：考虑到主控制器的状态转换为下降沿触发，将L取反后送到主控制器的CP端作为主控制器的状态转换信号。计数器的逻辑图如图5所示。图5 计数器 （3）控制信号灯的译码电路主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表如表1所示。表1 控制信号灯的译码电路的真值表主控制器状态主干道支干道X1 X0红灯R 黄灯Y 绿灯G红灯r 黄灯y 绿灯gS0S1S2S30 00 11 01 10 0 10 1 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0 10 1 0由真值表可分别写出各个灯的逻辑表达式：译码电路的逻辑图如图6所示。图6 控制信号灯的译码电路译码电路的00芯片电路连接图如图7所示：6组装和调试要点在实验箱上按各单元电路分别搭接主控制器、计数器、信号灯译码器、数字显示译码器和秒脉冲信号发生器。然后按照以下步骤进行调试：（1）秒脉冲信号发生器的调试，可按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出频率符合设计要求。（2）将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否按照0001101100的规律变化。（3）将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X1、X0，并把主控制器的状态转换信号送入主控制器的CP端，观察计数器是否按30 s、5 s、20 s、5 s、 30 s循环计数。（4）把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。（5）整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。仿真图 实际电路图心得体会一个星期很快就过去了，虽然只有短短的一周，但我们知道了交通信号灯是怎样设计出来的，并知道了它的原理。网上资料很多，经过一周我们不断从网上、图书馆、课本查找相关的内容，不断扩充我们的知识，加强了我们的薄弱的知识点，从中学到了很多知识，主要可以归纳为以下几点：第一， 加深了对课本知识的理解。激发了学习的积极性。通过这次课程设计，我真正认识到了学好专业知识的重要，相信以后会在这方面我会更加重视的。第二， 这次实验设计使我对交通信号灯的原理及其应用有了更深的认识，知道了它的作用，第三， 通过