交通灯控制电路.doc

_物理与电子工程学院课程设计报告课 程 数字电子技术基础 题 目 交通灯控制电路的设计专 业 电气工程及其自动化 姓 名 吴青洪（1009040605） 张冬冬（1009040603） 丁 政（1009040611） 指 导 教 师 周功明 副教授 学 期 2011-2012 精品资料_交通灯设计学生：吴青洪 张冬冬 丁政指导教师：周功明 副教授“摘要(abstract)” 随着科技水平的提高，交通公具越来越发达，行驶速度越来越快！在维持交通秩序中交通灯占了很重要的地位。为了更好实现交通秩序的有条不紊，我们设计了一个南北方向带计数装置的交通灯。该装置很好的实现了车辆的通行控制。我们这次采用了脉冲信号发生器（555定时器）、计时计数器（74LS160）、经信号灯转换器（四片7448）.交通灯控制系统的原理框图。它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS160来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器(4片7448)来控制信号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。 关键字：信号发生器、计数器、信号灯转换器 The Design Of Traffic LightInstructor:Along with science and technology to raise the level of public transport, more and more developed, driving faster! In keeping traffic order lights in a important position. In order to realize the orderly traffic, we design a north-south direction with the traffic counting device. This device is very good for the vehicle traffic control realization.We adopted the pulse signal generator (555 timing), timing counter (74LS160), the signal converter (four 7448).Key words: signal generator, counter, signal converters 目 录引言11 设计要求 12 系统框图及说明 12.1 画出系统框图 22.2 信号灯换 23 单元电路设计3 3.1 主控电路 53.2 主干道计时电路 53.3 支干道计时电路 63.4 黄灯闪烁控制 93.5 整个交通灯路 9 4 仿真过程和效果85 参考文献 106 致谢 117 附录 12 精品资料_引言 随着科技水平的提高，交通公具越来越发达，行驶速度越来越快！于是，交通管理越来越体现其重要性，交通灯的效率要求也越来越高。我们此次设计了交通灯！它主要是由它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。本次用到了学到的脉冲信号发生器（555定时器）、计时计数器（74LS160）、经信号灯转换器（四片7448）。（一）设计要求： 1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支 干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间 为20秒，时间可设置修改。 2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道； 3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。 4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。 5、同步设置人行横道红、绿灯指示。 二系统框图及说明： 1、分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是555定时器；计时计数器是由74LS160来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器(4片7448)来控制信号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。 2、信号灯转换器 两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和车道的交通灯是同步的,所以不考虑)，如图1-2所示 信号灯状态与车道运行状态如下： S0：支干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；主干道 车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行 S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；主干道 车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行 S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道 车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行 S3：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道 3) 车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行 G1=1：主干道绿灯亮 （图12）2主干道计时电路 1)原理：通过74LS160(2片) 采用串行同步整体置数级连和下一个状 态的相应控制来分别实现30秒、5秒、25秒。通过7448（2片）译码器 和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。 2).原器件的选择及参数： 若选集成计数器74160（2片），采用同步整体置数。译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。 注：本系统设计用的是74LS160计数器（0-9），因此7447的后面几个状态没必要写出。 表1-4状态编码与时间关系表 3) .电路接法如下： （图13）注：此分电路很重要、尤其在对时间的控制上、红灯显示时间=支干道绿灯显示时间+支干道黄灯显示时间、否则会出现交通混乱现象。另外、3个开关（s1,s2,s3）在分图的连接中作为选择时间，而在总图中，应该连接到相应的显示灯上。 3 支干道计时电路 1)原理： 通过74LS160(2片) 采用串行同步整体置数级连和下一个状态的相应控制来分别实现30秒、5秒、25秒。通过7448（2片）译码器 和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。 2).原器件的选择及参数： 若选集成计数器74160（2片），采用同步整体置数。译码器7448（2片）、7段数码管（2个）等。基本上与主干道计时电路一样。 表1-5状态编码与时间关系表 3) .电路接法如下：注意： 十字路口要有数字显示，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1，计数方式工作，直至减到数为“”和“”，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。 计数器选用集成电路74190进行设计较简便。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。 表1-4 74190的状态表 图1-5 现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来，再接在十位数74190芯片的CLK端。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）和9（1001）之间的QA、QD同时由0变为1，把QA、QD与起来接在十位数的CLK端，此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1，相当于借位。具体连接方法如图1-5所示。 信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来，决定倒计时是置数，还是计数。工作开始时，LD为0，计数器预置数，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数，之后又倒计时，如此循环下去。 图16预置数（即车的通行时间）功能：如图1-6所示，个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。预置数的范围为698。假如把通行时间设为45秒，就像图-5的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，E接0，F接1，G接0，H接1。（接电源相当于接1，悬空相当于接） 图17向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0： T0表示倒计时减到数“00”（也即绿灯的预置时间，因为到00时，计数器重新置数），T0=1，此时T0给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，一个方向的绿灯亮，另一个方向的红灯亮。接法为：把两个74190计数器的8个输出端用一个或非门连起来。 T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1，此时T5给译码器一个脉冲，使信号灯发生转换，绿灯的变为黄灯，红灯的不变。接法为：当减到数为“05”（0000 0101）时，把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来，再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与门连接起来。具体连接方法如图1-7所示。 4、黄灯闪烁控制 要求黄灯每秒闪一次，即黄灯0.5秒亮，0.5秒灭，故用一个频率为2的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连进来，再接到黄灯。 5、 整个交通灯控制系统的布局图图18 仿真过程与效果分析 1、根据题目的要求，整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器，10个交通灯。但由于4个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制，所以我在设计图1-8电路的过程中，为了简化电路使画图看起来更加清晰，就只接了1个时间显示器。 另外由于人行道的红绿灯跟车道的红绿灯是同步的，分别是：东西方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接南北方向车道的红灯；南北方向人行道的绿灯接车道的红灯，红灯接东西方向车道的红灯。所以在图1-8电路中就只接了6个灯。 2、为了使电路更加直观，我把计数器、信号灯灯转换器等放在一个名为main的子电路中。然后再在子电路外面接输入端和输出端。具体如图1-9所示：3、点击启动按钮，然后再打开总开关，便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为45秒，打开总开关，东西方向车道的绿灯亮，人行道的红灯亮；南北方向车道的红灯亮，人行道的绿灯亮。时间显示器从预置的45秒，以每秒减1，减到数5时，东西方向车道的绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪一次，其余灯都不变。减到数1时，1秒后显示器又转换成预置的45秒，东西方向车道的黄灯转换为红灯，人行道的红灯转换为绿灯；南北方向车道的红灯转换为绿灯，人行道的绿灯转换为红 灯。如此循环下去。 图19 4、修改通车时间为其它的值再进行仿真（时间范围为698秒），效果同3一样，总开关一打开，东西方向车道的绿灯亮，时间倒计数5，车灯进行一次转换，到0秒时又进行转换，而且时间重置为预置的数值，如此循环。 体会总结 1、通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我总共想过两个方案，另一个方案弄了两天，结果总是实现不了题目的要求。所以我又花了一天的时间做出这个方案，这个相对另一个方案比较简单，包括电路原理和连接，和芯片上的选择。这个方案总共只用了四个芯片，分别为2个74190计数器，2个JK触发器。 2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九宵云外去了吧！ 3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。 虽然在设计过程中，我们借鉴了一些网上的资料，但是在寻找这些材料的过程中，我们一步步的对这个设计加深了理解，让我们学到了很多知道。参考文献1阎石.数字电子技术基础M.数字电路部份.第5版.高等教育出版社.20042郑家龙.集成电子技术基础教程M.北京：高等教育出版社，20023黄正瑾.在系统编程技术及其应用.2版M.南京：东南大学出版社，19994李良荣.现代电子技术基于Multisim 7 & Ultiboard 2001.北京：机械工业出版社，20045John F.Wakerly.Digital Design-Principles & Practices.3rd ed. Bejing:Higher Education Press and Pearson Education North Asia Limited,20016赵保经.蒋建飞.大规模集成数模和模数转换器设计原理M.北京：科学出版社，19877路而红.专用集成电路设计与电子设计自动化M.北京：清华大学出版社，20048Altera可编程逻辑器件及应用M.2版.南京：东南大学出版社，1999致谢 在这次课程设计中，我们组的同学得到了老师和其他同学的帮助。首先，我要感谢学院领导和我的指导老师周功明老师！能过本次设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。将所学知识很好的运用到了实践中去，而且还学会了怎样去培养创新精神，从而