交通信号灯数字电路设计.doc

交通信号灯可动控制器一、 设计目的1、巩固和加强数字电子技术课程的理论知识。2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程。3、掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用EWB路仿真。4、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。巩固所学知识，加强综合能力，提高实验技能，启发创新能力的效果1、 5、培养学生创新能力和创新思维。让学生通过动手动脑解决实际问题，巩固课程中所学的理论知识和实验技能。 南北方向绿灯(NSG)亮70s,东西方向红灯亮EWR)亮; 二、 设计任务设计一个交通灯控制电路,实现对城市十字路口的交通灯控制。技术要求为：1、 东西方向绿灯(EWG)亮70s,南北方向红灯亮(NSR)亮;2、 东西方向黄灯(EWY)亮5s,南北方向红灯亮(NSR)亮;3、 南北方向黄灯(NSY)亮5s,东西方向红灯亮(EWR)亮。设计任务分析本实验的知识点为：任意进制数加减计数器设计，触发器，555定时电路的工作原理以及基本控制逻辑电路的设计方法，参数计算和检测调试。（1）秒振荡电路应能输出频率分别为为1H幅度为5V的时钟脉冲，要求误差不超过0.1S。为提高精度，可用555设计一个输出频率为1Hz的多谐振荡器（2）计数器电路应具有75秒倒计时功能，可以通过2片74LS190级联来实现。（3）各个方向的倒计时显示可共用一套译码显示电路，只要用2个4输入的BCD_HEX数码管接74LS190的输出即可实现。（4）主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和JK触发器组成，应能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。三、 设计框图首先分析实际交通灯控制电路，从主干道（南北方向）和支干道（东西方向）入手，路口均有红、黄、绿三个交通灯显示数码管。其示意图如下：图1-1 十字路口交通信号灯控制示意图1系统工作流程图设主干道通行时间为N1，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间均为N3，通常设置为N1=N2N3。系统工作流程图如图所示：图1-2 系统工作流程2系统硬件框图硬件结构框图如图所示：图13 硬件结构框图由于Multisim带有不需要译码的4输入DCD_HEX数码管，为了简便，在仿真电路中直接使用DCD_HEX数码管，没有使用译码电路。四系统单元电路及设计原理(1) 状态控制器 由流程图可见，系统有4种不同的工作状态，状态编码分别为11、10、01、00，状态编码为两个下降沿触发的JK触发器74LS112的输出： 和。当为11时，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。当为10时，东西方向黄灯闪，南北方向红灯亮。当为01时，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。当为00时，东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪。JK触发器由下面两路特殊的时钟信号驱动，所以会循环的在这四种状态之间转换。绿色的波形（上）为的时钟，红色波形（中）为的时钟，蓝色波形（下）为555定时器得到的1HZ的时钟信号。绿色信号的下降沿正好在第75个时钟处，红色信号的下降沿有两个一个在第70个时钟处，另一个在第75个时钟处。这部分电路由纯粹的组合逻辑电路来实现，思路如下：当两片192计数器的置数端都有效时（即输出为00），的时钟信号为0，否则为1。设计组合电路，判断 当两片192的输出为05（即倒计时70秒）时，输出为0，否则为1。这样得到了这样两个波形：再把他们进行与操作，便可得到的时钟信号。 和的波形：(2) 状态译码器以状态控制器输出作译码器的输入变量，根据4个不同通行状态实现对主、支干道三色信号灯的控制要求，6盏灯控函数真值表如表2所示。 表2由真值表得灯控函数逻辑表达式R=NOT ，Y= AND NOT ，G= AND r=，y=NOT AND NOT ，g= AND NOT Y和y的控制信号在输入之前与时钟信号进行一下与操作，为了达到黄灯闪烁的效果。电路图如下： (3) 递减计时系统 计数器选用集成电路74190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。74190功能表如表3所示。表3选用两片74190时间控制可逆计数器，两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲直接作为十进制计数器的计数脉冲，个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。信号灯递减计数器电路图 (4) 秒脉冲发生器 秒振荡电路可由555多谐振荡器构成，参数计算如下：取C2=10F，要得到1HZ的方波信号，低电平时间T2=0.5S，高电平时间T1=0.5S由（R1+2R2）C*0.69=T，T1=(R1+R2)*C*0.69，T2=R2*0.69*C，得：R2=72.4k，R1=0，在仿真时，为了便于观察，可以缩短周期，这里取R2=724，R1=1得到的近似为100HZ的方波。 五.系统总电路进行主电路连接,得到完整的电路图,并进行运行、检测、调试.完整电路图如下:六 系统调试仿真用Multisim软件按照电路图连接电路并运行。上电以后，由于系统默认仿真时间比较慢，数码管显示更新比较慢，调整系统仿真时间，在Simulate-Interactive Simulation Setting 中，调整Maximun time step ，直到得到比较好的显示效果。也可以通过成倍的减小555的参数来调整时钟信号，从而得到比较好的显示效果。通过观察数码管的显示和红绿灯的亮灭，满足设计要求，一开始数码管从75 减到0，东西方向的绿灯亮70秒，然后东西方向的黄灯闪烁5秒，南北方向的红灯一直亮，之后，数码管又恢复到75，南北方向的绿灯亮70秒，然后黄灯闪烁5秒，东西方向的红灯一直亮。使用虚拟示波器观察555输出波形和控制信号 的波形，都符合设计要求。七 设计体会通过这次交通灯的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决现实问题的能力。使我在单片机的基本原理、单片机应用学习过程中，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前