交通灯设计.doc

.目 录一、数字电路课程设计任务书二、课程设计有关事项11.设计目的 12.设计内容与设计要求 1三、数字电路课程设计仿真图2四、电路原理说明24.1 设计总体思路 24.2 单元电路说明 54.2.1秒脉冲发生器 54.2.2定时器 64.2.3控制器 84.4.4译码电路 10 4.4.5显示部分 11 五、系统调试与结果12六、元件清单表12七、接线心得体会与课程设计感想13八、附录16九、参考文献16交通灯控制电路一、数字电路课程设计任务书二、课程设计有关事项1.设计目的：（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。（6）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。2.设计内容与设计要求：1.设计内容： 1.1 设计一个十字路口交通灯控制电路，要求甲车道和乙车 道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间25秒； 1.2 要求黄灯先亮5秒，才能变换运行车道； 1.3黄灯亮时要求每秒闪亮一次。 2.设计要求： 2.1设计思路清晰，给出整体设计框图； 2.2设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件； 2.3总电路设计； 2.4在逻辑实验箱上安装调试电路；2.5写出设计报告；3、 数字电路课程设计原理图1. 数字电路原理与仿真图4、 电路原理说明4.1 设计总体思路交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。它主要由控制器、定时器、译码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定时器和控制器的标准时钟信号源，译码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，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图中： TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。 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。 图1-1 系统的原理框图交通灯控制器的ASM 如图1-3所示（1）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）乙车道黄灯亮，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，转到下一工作状态。 （3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道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）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道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、2所示，控制器应送出甲、乙车道红、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，并作如下表1-2规定：表1-2控制状态信号灯状态 车道运行状态S0（00）甲绿、乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01） 甲黄、乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S3（11）甲红、乙绿甲车道禁止通行，乙车道通行S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，乙车道缓行AG=1甲车道绿灯亮甲车道通行BG=1乙车道绿灯亮乙车道通行AY=1甲车道黄灯亮甲车道缓行BY=1乙车道黄灯亮乙车道缓行AR=1甲车道红灯亮甲车道禁止通行BY=1乙车道红灯亮乙车道禁止通行由此得到交通灯的ASM图，如 图1-3所示。设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。图1-3 交通灯的ASM图4.2 单元电路设计4.2.1 秒脉冲发生器秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R8=15K、R9=68K,C3=10uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R8+2R9)C2ln2当T=1S，即可凑出R8、R9、C2其中C2=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。如图1-4所示， R9=68K、C3=10uF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。图1-4 秒脉冲发生器原理图4.2.2 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，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从25和5开始进行减1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。计数器选用集成电路74LS192进行设计较简便。74LS192是10进制同步加/减法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS192功能表如表4-1所示。表4-1CLK RD LD CU CD工作状态XXX 000011 111X X X 1 1 1 1 X X预置数加计数 减计数保持 清零表中RD是高电平有效的异步清零输入端，LD是低电平有效才同步并行置数控制端，EP、ET是计 图1-3 交通灯的ASM图数控制端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。设计如图1-5其工作原理为：由秒脉冲发生器产生的秒脉冲CLK送给其中一个74LS192即U4的清零端4处。如图所示：根据交通灯显示的需要，分别将U3的输入端9,10和U4的输入端1,9接地.。U3的1和15与与门相连，U4的10和15分别接高电平，U4的13与U3的4相连，从而能实现减法的借位输出。计数开始时，先在U4的4端输入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为0状态此后在CU端输入“1”，RD端输入“0”，则计数器处于计数状态。在U4的4端逐个输入计数时冲，U3，U4开始进行减法计数，在第5个上升沿到来之前，个位计数由5到0，在第二十五个上升沿到来之前，两个计数器分别置到了0。则一个循环结束。4.2.3 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。列出控制器的状态转换表，如表1-6所示。74LS161产生四种不同的状态来实现状态的转换，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1（n+1）Q0（n+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Q1（n+1）Q0（n+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，就可以列出了状态转换信号ST。表1-6 控制器状态转换表根据上表可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程： 根据以上方程直接选用74LS161来控制四种状态，将74LS161的两个输出端作为控制信号，即可实现控制器的功能，进行四种状态的相互转化。控制器原理图如图1-7所示：其原理为74LS161的输出端Q1，Q2分别代表 TY和TK两种状态，同时对这两个状态相与非进行同步置数，这样由Q1，Q2出来就可以分别产生00,01,11,10四种状态，同时74LS161通过非门与74LS192U3的输入端1,15相连，从而能够与定时器结合，实现时间的控制，从而实现整个控制器功能。4.2.4 译码电路译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表1-8所示。表中A、B代表甲、乙车道。表1-8 控制器状态编码与信号灯关系表Q1 Q0AG绿灯AY黄灯AR红灯BG绿灯BY黄灯 BR红灯0 01000010 10100011 00011001 1001010 由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLK脉冲，一部分送给了定时器的74LS192芯片，另一部分送给了控制器的74LS161芯片。在脉冲ST同时加到定时器74LS192芯片的情况下，通过芯片74LS10将会输出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25倍。前者输出的信号是后者的1/5。将定时器要求输出的TY，TY非，TL，TL非分别由控制器的芯片74LS161产生的信号Q1，Q1非，Q2，Q2非来表示，在CLK脉冲置于芯片74LS192中会输出高低变化的电平。控制器中的信号在送给电路中的指示灯从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如图1-94.2.5 显示部分显示部分由74LS48和共阴极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对74LS192的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS192的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图1-10 五、系统调试与结果（1）组装调试秒脉冲电路。（2）进行定时电路的组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到0时，能输出有效的定时时间到信号。（3）调试交通灯控制器以及显示部分。 （4）判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。最终调试如下：接上电源,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25