基于数字电路的交通灯系统设计.docx

学校代码 10126 学号 00861005 本科实训论文题 目 基于数字电路的交通灯系统设计 院 系 内蒙古大学鄂尔多斯学院 专业名称 自动化 年 级 2008 级 学生姓名 薛金朋 指导教师 赵晓宇 宝都吉雅 旺扎拉 2011年06月20日内蒙古大学鄂尔多斯学院2008级自动化专业学年论文基于数字电路的交通灯系统设计摘 要在现实生活中，交通灯是必不可少的元素。我们通过本次设计，在数字电路的基础上完成了交通的功能。本次系统由五大模块构成，分别为：数码显示模块、中央处理模块、交通灯控制模块、昼夜模式控制和初始化模块、时钟信号发生模块。关键词：计数器，门电路，置数，译码目 录1.设计任务及思路11.1数码显示模块11.2中央处理模块21.3 交通灯控制模块41.4 昼夜模式控制和初始化模块41.5 时钟信号发生模块模块52，结束语6II内蒙古大学鄂尔多斯学院2008级自动化专业学年论文1.设计任务及思路本系统需要完成交通灯各状态转换的控制，并同步倒数计时显示时间等功能。要完成这些功能，整体电路需要五大模块，分别为数码显示模块、中央处理模块、交通灯控制模块、昼夜模式控制和初始化模块、时钟信号发生模块。这些模块由计数器、门电路、译码器、LED发光二极管、数码管等原件构成。我们使用这些原件在实验室模拟交通灯的控制。系统原理图如下：图1.1 系统原理图1.1 数码显示模块数码显示模块的功能是实现交通灯工作时的倒数计时。在数码显示模块中我们使用的是计数器74LS163。74LS163是十六进制加法计数器，而由功能可知我们需要的是十进制减法计数器。于是我们需要将十六进制加法计数器改装为十进制减法计数器。关于减法计数，我们使用的改装办法是将74LS163的输出端接非门，转换为反码之后再输入给数码管译码器。欲完成十进制功能，需要将伪码（A-F）去掉即可改装为十进制。由于我们的计数器是由十六进制输出端接非门改装，所以需要使用计数器置数端将0-5计数值剪除。同时，我们需要将个位的进位信号接到十位的控制端来完成级联。数码显示模块原理图如下：图1.2 数码显示模块原理图1.2 中央处理模块中央处理模块我们使用的芯片同样为74LS163，此时，将十位的进位信号接到中央计数器的控制端，这样，每次计数到00时转换状态。我们在本次设计中采用东西方向、南北方向分别控制的办法来实现。由常识可知没个方向上交通灯的状态为红黄绿三种。所以主控计数器只需三种状态，即将第两位输出接与非门接入置零端。我们需要给东西方向和南北方向置数的初值分别为47、39、07和39、07、47。即，高位进位时，东西、南北方向置数初值分别为：1011 1000、1100 0110、1000 0110和1100 0110、1000 0110、1011 1000。由此，我们可以得到真值表如下主控计数器状态东西方向置数南北方向置数001011 10001100 0110011100 01101000 0110101000 01101011 1000表1.1 置数真值表由此可的到一组状态表达式：D东西7=1 D南北7=1D东西6=Q2Q1 D南北6=Q2D东西5=Q1 D南北5= Q2Q1D东西4=Q1 D南北4= Q2Q1D东西3=Q1 D南北3= Q2Q1D东西2=Q1 D南北2= (Q2Q1)D东西1=Q1 D南北1= (Q2Q1)D东西0=0 D南北0=0需要注意的是，虽然主控制器状态相同，但是状态产生的时间不同步，所以需要两片主控芯片分别控制。可是，当十位没有进位时，十位不置数但是个位需要通过置数端置9，所以需要通过十位的进位信号将置数值和0110（9的反码）屏蔽掉其中之一。屏蔽的办法是将置数值与十位进位相与，再将0110与十位进位取反之后再相与。这样，两数其中之一被置零，这两个相与的结果再取或就是我们需要给个位置的数值。主控模块模块原理图如下：图1.3 主控模块原理图1.3 交通灯控制模块交通灯控制是去取控芯片的状态，通过二四线译码器，每个状态对应一个输出为低电平，将这个信号接在LED发光二极管的阴极。即可取得对应的灯发光。需要注意的是，黄灯不是持续发光，而是闪烁发光，所以我们需要将黄灯的控制信号与脉冲取或之后再接入黄色发光二极管的阴极，这样才能得到闪烁的效果。交通灯模块原理图如下：图1.4 交通灯模块原理图1.4 昼夜模式控制和初始化模块 昼夜模式控制和初始化模块中，我们取一只按键开关，当开关按下时，导通低电平，将这个信号接在显示计数器的置零端和主控计数器的置数端。显示计数器计数器至零时接入数码管译码器的信号为“1111”此时所有数码管全部熄灭。而主控计数器第两位电平输出为“11”此时译码器最高位输出有效电平，即低电平，将此信号取出，经过门电路使两个路口的红灯、绿灯全部熄灭，黄灯持续闪烁。昼夜控制模块原理图如下：图1.5 指示灯模块原理图1.5 时钟信号发生模块模块本系统采用NE555设计时钟信号发生模块。根据NE555多谐振荡器典型接法，可得到时钟信号发生模块原理图。时钟信号发生模块原理图如下：图1.6 时钟信号发生模块原理图而且，由公式： T=（R1+2R2）*C2ln2和我们的要求，即：需要得到的T为1S，可以得出如下结论： R1=15K、R2=63K、C2=10uF、ln2=0.6931此时，得到的T为0.977S。近似等于1S，可作为本次实验的模拟脉冲。2，结束语本研究及论文是在导师的亲切关怀和悉心指导下完成的。导师们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。再次，对我的知道教师们表示感谢。在此，我还要感谢在一起对本系统进行设计的各位同学们，正是由于他们的帮助和支持，我才能克服一