数电-交通灯课程设计.doc

附件 1 学学 号 号 0120809320513 课课 程程 设设 计计 题题 目目十字路口交通管理控制器 学学 院院信息工程学院信息工程学院 专专 业业通信工程通信工程 班班 级级 姓姓 名名 指导教师指导教师 20102010 年月日年月日 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 指导教师 指导教师 工作单位 工作单位 信息工程学院 题题 目目 十字路口交通管理控制器 初始条件 初始条件 7474 LS192LS192 7474 LS245LS245 要求完成的主要任务要求完成的主要任务 1 基本部分 可用 LED 模拟交通灯 主道路绿 黄 红灯亮的时间分别为 60 秒 5 秒 25 秒 次道路绿 黄 红灯亮的时间分别为 20 秒 5 秒 65 秒 主 次道路时间指示采用倒计时制 用 2 位数码管显示 2 扩展部分 主 次道路绿 黄 红灯亮的时间可以预置 主 次道路绿 黄 红灯亮的时间可以分别调整 时间安排 时间安排 7 5 理论设计 7 6 7 7 安装调试或仿真 7 8 撰写报告 7 9 答辩 指导教师签名 指导教师签名 2010 年年 7 月月 2 日日 系主任签名 系主任签名 20102010 年年 7 7 月月 2 2 日日 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 3 摘要摘要 该论文主要介绍采用常用组合逻辑器件和时序逻辑器件 实现交通系统的 设计 十字路口的红绿灯对行人和各种车辆安全运行发挥着重要的作用 是实现 红绿灯的自动指挥是城市交通管理自动化的基本要求 设计一个交叉路口交通信 号灯控制系统 必然要在两个方向设置红 黄 绿三盏信号灯指示是否允许通行 此外还要设置时钟 以倒计时方式显示每条路允许通行或者禁止通行的时间 甚至 还可以设置一些别的功能 如按车的流量分配通行时间 特殊状况的处理等 关键词 组合逻辑器件 时序逻辑器件 交通管理自动化 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 4 AbstractAbstract The paper mainly introduces the method of using a common combination of logic devices and sequential logic devices to achieve the design of transportation systems The traffic light intersections plays an important role in the safe opration of pedestrian and various vehicles which is the basic requirement of the city traffic automatic management As an intersection traffic signal control system the lights set in two different directions in addition to red yellow green three signals indicate whether to allow access What else a clock to countdown displayed on each route to allow access or prohibit passage time you can also set up some other features such as traffic distribution by car travel time handling of special situations Keywords Combination of logic devices Sequential logic devices Automatic traffic management 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 5 目录目录 摘要摘要 3 1 1 总体总体 6 6 2 2 方案的选择方案的选择 7 7 2 1 方案一 7 2 2 方案二 7 2 3 方案的最终选择 11 3 3 单元电路的设计和元器件的选择单元电路的设计和元器件的选择 1 12 2 3 1 秒脉冲信号发生电路 12 3 2 定时系统 13 4 4 电路总图电路总图 1 14 4 5 5 电路的性能测试与仿真电路的性能测试与仿真 1 15 5 5 1 测试秒脉冲信号发生器 15 5 2 定时系统的测试 15 5 3 整体机的测试 17 6 6 小结与体会小结与体会 1 18 8 7 7 元器件清单元器件清单 1 19 9 参考文献参考文献 2 20 0 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 6 十字路口交通控制管理器十字路口交通控制管理器 1 总体设计总体设计 根据设计要求主道路绿 黄 红灯亮的时间分别为 60 秒 5 秒 20 秒 此 道路绿 黄 红灯亮的时间分别为 20 秒 5 秒 25 秒 其时序关系如图 1 1 所 示 图 1 1 交通灯时序工作图 根据要求中交通指示灯定时亮灭 时间指示采用倒计时显示 则需要由定时 系统 计数器 时钟电路等来满足 状态控制器主要用于记录十字路口交通灯 的工作状态 通过译码器分别点亮相应状态的信号灯 秒信号发生器产生整个 定时系统的时基脉冲 通过减法计数器对秒脉冲计数 达到控制每一种工作状 态的持续时间 减法计数器的的回零脉冲时状态控制器完成状态转换 其工作 框图如图 1 2 所示 图 1 2 交通管理控制器框图 时钟电路 主道计数 器 次道计数 器 译码显示 器 译码显示 器 组合电路 组合电路 电路 秒脉冲电路 主绿 主黄 主红 次绿 次黄 次红 计 数 器 组 合 逻 辑 电 路 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 7 2 方案的选择方案的选择 2 1 方案方案一一 图 2 2 为交通灯控制器的一个参考设计方案 在这一方案中 系统由控制器 定时器 秒脉冲信号发生器 信号灯组成 其中控制器是和兴部分 由它控制定时器和译码器的工作 秒脉冲信号发生器 产生定时器和控制器所需要的标准信号 译码器输出两路信号灯的控制信号 2 1 交通灯控制器框图 Tl 表示主道路或次道路绿灯亮的时间间隔 即车辆正常通行的时间间隔 定时到 Tl 1 否则 Tl 0 Ty 表示黄灯亮的时间间隔 定时到 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 定时器开始下一个工作状态的定时 2 2 方案方案二二 设主干道方向红绿黄灯分别为 ER EG EY 次道路方向红绿黄灯分别为 NR NG NY 设黄灯亮的时间为单位时间 t t 5s 各个方向的红黄绿灯亮的时间 比为 5 1 12 一次循环 红绿交换一次 周期为 18 其工作流程图如图 2 2 1 所示 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 8 2 1 交通灯工作流程图 2 2 1 交通灯顺序工作流程图 根据设计要求各信号灯的工作顺序流程图如图 2 2 2 所示 信号灯四种不 同的状态分别用 S0 主绿灯亮 支黄灯亮 表示 S1 主黄灯亮 支红灯亮 S2 主红灯亮 支绿灯亮 S3 主红灯亮 支黄灯亮 表示 其状态编码即状 态及状态转换图如图 2 2 3 所示 2 2 2 交通灯顺序工作流程图 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 9 2 2 3 交通灯状态转换图 显然这是一个二位二进制计数器 可以采用计数器 74LS192 构成状态控制 器 74LS192 功能如表 2 2 5 所示 电路如图 2 2 4 所示 2 2 4 交通灯状态控制器 74LS192 是双时钟方式的十进制可逆计数器 bcd 二进制 下面我们介 绍 74ls192 引脚图 74ls192 功能表等资料 CPU 为加计数时钟输入端 CPD 为减计数时钟输入端 LD 为预置输入控制端 异步预置 CR 为复位输入端 高电平有效 异步清除 CO 为进位输出 1001 状态后负脉冲输出 BO 为借位输出 0000 状态后负脉冲输出 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 10 表 3 1 1 74LS192 功能表 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 11 表 2 2 5 74LS192 管脚图 2 3 方案的最终选择方案的最终选择 根据设计要求 主道路绿 红 黄灯亮的时间分别为 60s 25s 5s 次道路 绿 红 黄灯亮的时间为 20s 65s 5s 方案一可以通过能自动装入不同定时 时间的定时电路以完成定时任务 方案二可以通过移位寄存器产生固定周期信 号控制交通灯 比较两种方案 方案二电路简单易理解 但其不能满足主次道 路通行时间不同的要求 而方案一可以通过定时器满足这一点 因此选择方案 二 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 12 3 单元电路的设计和元器件的选择单元电路的设计和元器件的选择 3 1 秒脉冲信号发生电路秒脉冲信号发生电路 3 1 13 1 1 由由 TTLTTL 门构成对称多谐振荡器门构成对称多谐振荡器 3 1 1TTL 多谐振荡器 由于定时器将按照秒计数 脉冲周期应该为 1 秒 按 T 1 1 R C 计算 R 和 C 的值都将很大 而且这里只能用无极性电容 无极性的容量没有很大的 所以这种电路很难实现秒脉冲的发生 3 1 2 秒脉冲信号发生电路秒脉冲信号发生电路 产生秒信号的电路有多种形式 图是利用 555 定时器组成的秒信号发生器 因为该电路输出脉冲周期为 T R1 R2 Cln2 若 T 1s 令 C 10 F R1 43K R2 50K 经过计算的 T 1s 则 f 1 T 1Hz 从而使传输脉 冲周期为 1s 3 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 13 2 555 定时器构成的多谐振荡器及输出图 3 2 定时系统定时系统 根据设计要求 交通灯控制系统要有一个能自动装入不同定时时间的定时 器 以完成 60 秒 20 秒 5 秒的定时任务 该定时器由两片 74LS192 构成的两 位十进制可预置减法计数器完成 时间状态由两片 74LS47 和两支 LED 数码管对 减法计数器进行译码显示 预置到减法计数器的时间常数通过三片 8 路双向三 态门 74LS363 来完成 三片 74LS363 的输入数据分别接入 60 20 5 三个不同 的数字 任一输入数据到减法计数器的置入由状态译码器的输出信号控制不同 74LS363 的选通信号来实现 例如当 S1 Q0Q1 01 或在 S3 Q0Q1 11 时 要求减法计数器按初值 5 开始 计数 故采用 S1 S2 为逻辑变量而形成的控制信号 Q0 去控制输入数据接数字 5 的 74LS245 的选通信号 由于 74LS245 选通信号要求低电平有效 故 Q0 经一 级反相器后输出接相应 74LS245 的选通信号 同理 输入数据接 60 的三态门 74LS245 的选通信号接主道路绿灯信号 G 非 输入数据接 20 的三态门 74LS245 的选通信号接次道路绿灯信号 g 非 所设计的定时系统如图 3 4 所示 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 15 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 16 4 电路总图电路总图 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 17 5 电路的性能测试与仿真电路的性能测试与仿真 5 1 测试秒脉冲信号发生器测试秒脉冲信号发生器 图 5 1 1 所示电路为由 555 定时器组成的多谐振荡器 其输出波形为频率为 1HZ 的矩形波 波形如图 5 1 2 所示 图 5 1 1 脉冲信号发生器 图 5 1 2 脉冲信号发生器输出波形 5 2 定时系统的测试定时系统的测试 用 Multisim 中绘制定时系统的电路图 观察两只译码显示器的变化 通过测试得知其 分别显示 60 秒倒计时 20 秒倒计时 5 秒倒计时 说明定时系统可以满足定时任务 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 18 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 19 5 2 整体机的测试整体机的测试 用 multisim 中绘制好整体电路图 观察两只数码管的变化和 6 只发光二极管的变化 发现 其与预先设定的值相匹配 说明系统是正确的 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 20 6 小结与体会小结与体会 在城镇街道的十字交叉路口 为了保证交通秩序和行人安全 一般在每条路 上各有一组红 黄 绿交通灯 指挥各种车辆和行人安全通行 实现十字路口 交通管理的自动化 在做本次课程设计之前 我从没有注意过每天都看到的 习以为常的交通灯 当我知道本次课程设计自己的任务是做交通灯控制电路时 我开始在每次过马 路时注意交通灯 并思考它的构造 我在做本次课程设计之前到图书馆查阅了与交通灯相关的资料 对其构造有 了初步的了解 脑海中也有了大体思路 于是便迫不及待的开始了自己的设计 本以为交通灯时一个很简单的数字电子系统 自己可以很容易的完成任务 但 在实际操作中还是遇到了一些障碍 我所能设计的只是主次道路的通行时间相 同的交通灯控制系统 因为这种系统要求简单 容易做到 但不符合本次课程 设计的要求 本次课程设计在其基础上添加了一点难度 我第一次设计的电路 不能完全满足课设要求 在此期间我的设计一筹莫展 后来我放弃了开始的方 案从新开始设计 最终得到了满足要求的电路 但是由于我的水平有限 电路 并不是最合理最完善的电路 其中存在许多需要改进的地方 本次课程设计是我在平时中学到的数电知识得到了综合应用 并且将理论知 识用于实践设计 使我对理论知识了解的更加透彻 也对自己所学的科目产生 了更为浓厚的兴趣 在这次设计中 除了使用以前学习过的芯片 还接触到了自己从未了解过的 芯片 可见自己的实际操作不仅可以加深对过去知识的记忆 更能见识新事物 扩展知识面 本次课程设计我使用的仿真软件是 multisim 在上学期的电子技术模拟部 分中我曾经做过一次课程设计 其中仿真部分也是用的 multisim 但当时对它 的了解并不透彻 使用起来也不灵活 通过本次再次使用 增加了对它的了解 这样一来 我既可以用 multisim 对模拟电路进行仿真 也可以对数字电路进行 仿真 这对我以后的学习有很大的帮助 武汉理工大学 数字电子技术 课程设计说明书 21 7 元器件清单元器件清单 类别型号数量备注 55