数字电路交通灯

1、塔里木大学信息工程学院摘要2正文31.十字路口交通管理控制器的设计31.2设计要求：31.3应满足的工作时序42. 设计方案42.1 设计思路42.2信号灯变化情况:52.3 器件清单63.脉冲信号的设计63.1 555 VIRTUAL time63.2 555定时器芯片工作原理,功能及应用73.3 555定时器73.4 555 芯片的充放电实现的秒信号脉冲84. 74LS00芯片的介绍和运用84.1 HD74LS00P的介绍：84.2 HD74LS00P的运用：95. HD74LS20P的介绍95.1 HD74LS20P的运用：106. 74LS90芯片的介绍和运用106.1 HD74LS9

2、0P的介绍：106.2 HD74LS90P的运用：117. 74LS48芯片和数码管的使用128. 发光二极管的介绍128.1 基本介绍128.2二极管作用简介139. 交通信号灯使用说明149.1 实物展示149.2 注意事项149.3 基本功能149.4系统常见故障分析1410. 心得体会15参考文献15摘要交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成，分为机动信号灯、非机动车信号灯、人行道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警示信号灯、道路与铁路平面交叉信号灯。道路交通信号灯是交通安全产品中的

3、一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种工具，适用于十字、丁字等交叉路口，有道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人有序的通行。设计出符合人们普遍要求及放心的产品具有重要意义。本文通过555电路秒脉冲信号，计时器开始计时，根据定时时间进行主道路与支路的切换，交通灯在红、绿、黄灯交替点亮中，用两个数码管显示电量的灯还能持续时间，使LED显示器进行计时工作并与状态保持同步，刻在保证交通安全的前提下最大限度的提高交通效率。 根据逻辑电路的设计，分别对74LS00芯片、74LS20芯片、555芯片、74LS90芯片以及7448芯片进行说明，通过对这些器件

4、的性能、引脚、真值表等介绍，更加了解每一个器件在逻辑电路中的作用。关键词 交通信号灯、红灯、黄灯、绿灯、数码管、计时器、74LS00芯片、74LS20芯片、 555芯片、74LS90芯片以及74LS48芯片 正文1.十字路口交通管理控制器的设计 1.1任务说明：在主、支道路的十字路口分别设置三色灯控制器，红灯亮禁止通行，绿灯允许通行，黄灯要求压线车辆迅速穿越。根据车流状况不同，可调整色灯点亮或关闭时间。 绿 黄 红 绿 黄 红 组合电路秒脉冲电路译码显示次道电路译码显示主道计数组合电路组合逻辑电路时钟电路计数器图1 交通管理控制图1.2设计要求：基本要求: 可以用LED模拟交通灯； 绿、黄、红

5、灯亮的时间为30秒、5秒、25秒； 指示采用顺计时制，用两位数码管显示。 时序关系应该符合如下要求：主干道绿灯 30秒主干道黄灯 5秒主干道红灯 25秒支路绿灯 20秒支路黄灯5秒支路红灯 35秒 说明：a、主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30秒，支干道每次放行20秒。b每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时原红灯不变。c、用十进制数字显示放行及等待时间。1.3应满足的工作时序（1）设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30秒；（2）30秒后主干道停车，支干道人不通行，这种情况下主黄灯和支红灯，持续时间为5秒；（3）5秒后，主干道不同行，支干道通行，着这种

6、情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20秒；（4）20秒后主干道人不同行，支干道停车，这种情况下主黄灯和支黄灯，持续时间为5秒，。5秒后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制器也有四种状态，设这四种状态依次为S0,S1,S2,S3。2. 设计方案2.1 设计思路十字路口的红绿灯只会着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口，如图所示，每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯是先要求黄灯亮五秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。引文主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要比支干道放行的时间长。(1) 系统中要求有30秒，20

7、秒和5秒的三种定时信号，设计三种相应的计时显示器电路。计时顺序用顺时计时。定时的起始信号由主控电路给出，定时时间结束的信号也输入主控电路，并通过主控电路去开启和关闭交通灯或启动另一种计时电路。(2) 系统要求定时显示电路的输入信号为秒脉冲信号，设计一个可以实现秒脉冲输出的实际电路。(3) 主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自30秒，20秒，5秒三个定时信号。主控电路可以控制各种交通灯的开启和关闭，并反馈信号给计时电路，触发与亮着的信号灯相应的定时电路，使其顺时显示相应时间。S0S2S1S3图3.时序逻辑变化根据设计思路可以设计电路： （1）选用发光二极管，电阻，74LS00,74LS48

8、，数码管，74LS90,74LS20,和电容，555元件来构造电路。 （2）发光二极管充当红绿灯，有三个74LS00控制，发光二极管与74LS00中间接电阻，防止发光二极管烧坏； （3）74LS00下接两个数码管，两个数码管分别由一个74LS48控制，数码管与74LS48中间接有电阻，防止数码管被烧坏。 （4）两个74LS48分别下接74LS90，再通过一个74LS90来总的控制前两个74LS90。 （5）74LS90分别下接74LS00,74LS20,74LS20，来辅助进制的转换。2.2信号灯变化情况:主干道红灯亮，支干道黄灯亮，计数器由零开始 S4递加到5主干道红灯亮，支干道绿灯亮，计数

9、器由零开始 S3递加到20主干道黄灯亮，支干道红灯亮，计数器由零开始递加到 S25主干道绿灯亮，支干道红灯亮，技术器由零开始 S1递加到30 图4.信号灯变化图2.3 器件清单在实验中需要一些器件，具体使用的器件如下表2-1所示。表1 器件清单名称型号个数二端与非门74LS004显示译码器74LS482二-五-十进制计数器74LS903四端与非门74LS202多谐振荡器5551显示数码管LSD51142电阻1K欧姆、51欧姆10K欧姆22发光二极管红、黄、绿6电容10uF、0.01uF23.脉冲信号的设计3.1 555 VIRTUAL time【用途】调节电流输入大小，实现输出频率的调节【性能

10、及参数】计时精确度高、温度稳定度佳；电源电压5V【真值表】如表1所示表2 555芯片的功能表【引脚图】如图所示：图5 555芯片的引脚图3.2 555定时器芯片工作原理,功能及应用555定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。3.3 555定时器 555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。 555定时器的电路。它由三个阻值为5k的电阻组成的分压

11、器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。图6 555定时器原理图 分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端。 是复位输入端。当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。正常工作时，=1。 u11和u12分别为6端和2端的输入电压。当u11>，u12> 时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。 当u11<，u12< 时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1

12、，=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。 当u11<，u12> 时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。 综上所述，可得555定时器功能。图7 555芯片的仿真图3.4 555 芯片的充放电实现的秒信号脉冲555芯片的充电是从VCC进入，进过2个电阻R1，R2。进入了电容，对电容进行充电，在通过脚7 V0接地对电容进行放电，这样通过电容的充放电，来实现秒信号的实现。 555定时器引脚排列及功能表它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16VCMOS型时

13、基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路2脚：低触发端6脚：TH高触发端输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。4. 74LS00芯片的介绍和运用4.1 HD74LS00P的介绍：【用途】与非门电路【性能参数】双列14脚封装，四2输入与非门、电源电压4.75-5.25V【真值表】表3 7

14、4LS00芯片的真值表【引脚图】图8 74LS00的引脚图4.2 HD74LS00P的运用：图9 74LS00的仿真图74LS00芯片是与非门逻辑电路的芯片，我们运用了74LS00对交通信号灯的亮灭进行了控制，通过4个2输入的与非门，对于下方接受进收来的信号进行与非，从而对交通信号灯进行控制。把Y信号同时接进脚A和B，由Y输出，可以得到Y非，可以用74LS00达到非门的效果。5. HD74LS20P的介绍【用途】与非门电路【性能参数】双4输入与非门、电源电压5V【引脚图】图10 74LS20的引脚图【真值表】 表4 74LS20的真值表5.1 HD74LS20P的运用： 74LS20是2个四输

15、入与非门的芯片，对74LS90芯片提供的信号，实行四输入的与非，从而达到控制，输入输出的切换和保持，是信号输出的中转站。6. 74LS90芯片的介绍和运用6.1 HD74LS90P的介绍：【用途】十进制计数器【性能参数】低功耗2-5-10进制计数器、电源电压5V【引脚图】图11 74LS90的引脚图【真值表】表5 74LS90的真值表6.2 HD74LS90P的运用： 图12 74LS90的仿真图 74LS90是这个交通信号灯电路最核心的芯片之一，74LS90是10进制的计数器，由2个JK出发器所构成，74LS90芯片在交通信号灯中，进行信号的转变和输出，通过剩余的芯片对信号灯进行控制。交通信

16、号灯一共使用了3个74LS90芯片，第一个芯片，是对上面74LS00进行信号的提供和进行3进制计数器，实现信号的转换。后面2个74LS90芯片是对数码管进行控制，对秒信号进行接受和输出，对秒信号进行输出。7. 74LS48芯片和数码管的使用图13 74LS48和数码管的引脚图8. 发光二极管的介绍8.1 基本介绍【发光二极管】 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，发光二极管它的基本结构是一块电发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯

17、线的作用，所以LED的抗震性能好。 图14 发光二极管的实物图 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。8.2二极管作用简介 塑封发光二极管按管体颜色又分

18、为红色、琥珀色、黄色、橙色、浅蓝色、绿色、黑色、白色、透明无色等多种。而圆形发光二极管的外径从¢2¢20mm，分为多种规格。按发光二极管的发光颜色又可人发为有色光和红外光。有色光又分为红色光、黄色光、橙色光、绿色光等。另外，发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等通过此环节进一步熟悉电路和芯片，并且可以测试电路和检测芯片、数码管、发光二极管灯相关器件的性能。9. 交通信号灯使用说明9.1 实物展示9.2 注意事项 1本产品使用直流电源为5V电压，切记不要

19、使用其它量程来驱动。2不要在高温、高湿、易燃、易爆和强电磁场环境中存放或使用本器件。 3请勿随意改变器件内部以及外部接线，以免损坏器件。 9.3 基本功能 1 红灯表示禁止通行，绿灯表示允许通行，黄灯亮表示未通过的车辆禁止通行；2主干道、支干道交替通行，每次通行时间为30秒；3每次绿灯变红灯时，黄灯先亮 5 秒（此时另一干道上的红灯不变）； 4十字路口有数字显示，以方便人们直观把握时间。时间显示以秒为单位作减记数； 5. 黄灯亮时，另一干道红灯按 1Hz 的频率闪烁。9.4系统常见故障分析 了解一些常见的故障对于正确快速地调试系统是很有必要的。对这些故障的处理是对一个系统设计者的综合考验，它不

20、但要求对硬件电路容易出现的故障有很好的了解，而且对整个系统的设计更要有一个深刻的认识。下面按错误类型来简单分析一下系统常见的一些故障，这节其实也是对前面的一些分析的总结。1） 工艺错误焊接中出现的错误有虚焊、漏焊、错焊等等，同时焊接技术对系统是否能够调试成功有较大的影响，如在高速系统中，焊点有毛刺从而带来系统分布电容过大，将会对系统的性能有较大的影响。2） 不加电 在设计系统时设计了一个电源信号指示灯，若电源信号指示灯不亮，那么说明系统的电源工作有问题。 3） 元器件错误 这类错中主要包括器件错焊、错插以及元器件已损坏等现象。在调试一个模块的时候，我们要时刻注意元器件的情况，以避免元器件损坏。

21、当我们发现模块中的某一个模块的某个元器件过热的时候，我们就应对这个元器件进行测试，是否损坏。4） 设计的错误 这类错误主要在设计的阶段发现，在系统设计时，应该对设计方案精益求精，对设计原理进行反复推敲，以发现系统的设计错误。当然这类错误也可能在调试过程中才发现，若发现实际值跟理论值出现较大出入而又找不到其他的原因，这个时候就应该对系统原理再进行分析。5） 输出的电平不稳定这种错误也是常见的，有些对读取的数据电平有一定的要求，当不符合时就不能读取，而且不易给发现，用电表很难判断，这时往往需要加些门电路上去。10. 心得体会本次课程设计的题目是交通信号灯的设计，主要应用555秒脉冲信号芯片对信号灯、数码管进行控制。通过查找资料，结合本书所学的知识，完成了课程设计的内容。把书中所学的理论知识与具体的实践相结合，加