单片机实现红绿灯控制

1、单片机红绿灯设计目 录第1章 选题背景11.1摘要11.2设计任务目的1第2章 方案论证2第3章 原理图及器件说明43.1 元件清单43.2 主要器件的引脚排列图和功能表4第4章 设计过程84.1 秒脉冲发生器84.2 控制器84.3倒计时及数字显示模块104.3.1 原理104.3.2 原器件的选择及参数104.4 译码器114.6 综合逻辑电路图12第5章 仿真调试过程13第6章 设计体会及收获14第1章 选题背景1.1摘要交通灯系统是一个非常重要的环节，一个科学的交通灯管理系统，既能尽可能的保证交通的顺畅，充分利用交通基础设施，使人们出行便利，又能保证人们的出行安全。随着交通工具的增多，

2、人们的出行量加大，传统的交通管理系统显然已经不能满足现实的需要，我国正处于高速发展的大变格时代，伴随着城市的日益膨胀，农村前所未有的大发展，公路交通必将更加突飞猛进，交通灯是公路的必需品，因此肯定的大量的市场，服务社会的发展。通过对数字电子技术的学习，我做了这套交通灯产品，不能保证是最好的，也不是最先进的，但符合社会的需要，也是对自已学习的一个检验。 关键词：交通灯 数字电子技术1.2设计任务目的（1）通常情况下，大道绿灯亮，小道红灯亮。（2）若小道来车，大道经6秒由绿灯变成黄灯，再经过4秒，大道由黄灯变成红灯，同时，小道由红灯变为绿灯。（3）小道变为绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过期作废2

3、5秒钟后自动由红灯变为黄灯，再经过4秒，同时，大道由红灯变为绿灯。（4）如果小道在绿灯亮时，小道绿灯亮的时间还没有到25秒，只要大道检测到已经超过3辆在等候，那么小道应立即变为黄灯，再经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。第2章 方案论证交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、倒计时数字显示、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的标准时钟信号源，同时控制着正常工作时黄灯与特殊情况下数码管数字的闪烁，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，由它控制译码器的工作。 TR: 表示甲车道或乙车道红灯亮的时

4、间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TR=1，否则，TR=0。 TY：表示倒计时到4秒。定时时间到TY=1，否则，TY=0。图2-1 交通灯控制系统的原理框图红红黄黄绿绿红红 图2-2 交通灯运行状态图 两方向车道的交通灯的运行状态共有4种，如图2所示一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下： （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25s，定时器发出状态转换信号，使控制器控制译码器转到下一工作状态。  （2）甲车道黄灯亮，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

5、行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔4s时，定时器发出状态转换信号，使控制器控制译码器转到下一工作状态。  （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25s时，定时器发出状态转换信号，使控制器控制译码器转到下一工作状态。  （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4s时，定时器发出状态转换信号，使控制器控制译码器转到下一工作状态，即系统又转换到第（1）种工作状态。 交通灯以上4种工作状态的转

6、换是由控制器进行控制的。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下表所示。表2-1控制器的工作状态及功能表控制器状态信号灯状态车道运行状态S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车禁止道通行，乙车道缓行控制器应送出甲、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，并作如下规定：     HG=1：甲车道绿灯亮； 

7、0;  FG=1：乙车道绿灯亮；    HY=1：甲车道黄灯亮；    FY=1：乙车道黄灯亮；    HR=1：甲车道红灯亮；   FR=1：乙车道红灯亮； （H代表甲车道，F代表乙车道，G为绿灯，Y为黄灯，R为红灯）第3章 原理图及器件说明3.1 元件清单(1)集成元件74LS138一片、N555一片、74LS190两片、74LS47两片、D触发器两个、74LS11两片、74LS21一片、74LS04两片、74LS08两片、74LS

8、27一片(2)共阳极七段数码管两个，红色LED两个，黄色LED两个，绿色LED两个(3)电阻470 20只、47K 三只、10K一只(4)电容 10F两只、22F一只开关 单刀单掷开关一只 单刀双掷开关一只3.2 主要器件的引脚排列图和功能表 图3-1 74LS138的引脚图表3-1 74LS138的功能表输入输出使能选择G1G2*CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7*1*111111110*11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110

9、11111111111图3-2 N555引脚图图3-3 74LS190引脚图 图3-4 74LS190的逻辑功能示意图表3-2 74LS190功能表：输入输出CBAQDQCQBQA0*d3d2d1d0d3d2d1d0100*加计数101*减计数11*保持图3-5 74LS74引脚图表3-3 74LS74功能表输入输出PRCLRCLKDQQ*01*1010*0100*1*1*1111011001110*Q0Q0*图3-6 74LS47引脚图表3-4 74LS47功能表十进数输入BI/RBO输出或功能LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H0

10、1100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000

11、000LTLxx x x xH1111111第4章 设计过程4.1 秒脉冲发生器脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T0.7（R1+2*R2）*C，若T1s，令C10µF，R147k，R2=47 k。根据计算结果，脉冲发生器设计如图2所示，它向计数电路提供的秒计时CP脉冲，周期可通过下式 T1=(R1+R2)CLn2 （式 1） T2=R2Cln2 （式 2） T=T1+T2 （式 3）设定电路原理图。原理图，波形图如下图所示：图4-1

12、 脉冲发生器原理图4.2 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。如下表所示。选用两个D触发器FF1、FFO做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TR和TY，上电复位后控制器处于Q1n+1Q0n+1 00状态时，如果TY 0，则控制器保持在00状态；如果TY=1，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1 01状态。这两种情况与条件TR无关，所以用无关项”X”表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。表4-1 控制信号灯工作状态表输入输出现态状态转换条件 次态状态转换信号Q1nQ0nTYTRQ1n+1Q0n+1ST0 00无0000

13、01无01101无001001无111111无无11011无无10110无010010无1001图4-2 控制器电路图其中TR,TY是由两个74LS190的输出端经过逻辑组合形成的两个输出端，如下图所示：图4-3 74LS190的输出示意图4.3倒计时及数字显示模块 原理通过单时钟同步十进制减数器74LS190(2片)来实现25s的。通过74LS47（2片）译码器连接数码管输出数据。 原器件的选择及参数计数器选用集成电路74LS190进行设计较简便。74LS190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。74LS190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出

14、数据间接实现清零功能。译码器采用74LS47（2片）、倒计时显示采用共阳极七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。现选用两个74LS190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器，即其中作为个位数的74LS190芯片的CLK接秒脉冲发生器（频率为1），再把个位数74LS190芯片输出端的QD与十位数的74LS190芯片的CLK连起来。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）到9（1001）之间QD由0变为1,十位数的74LS190芯片实现减一。图4-4 数字显示接法图引脚的输入信号由十位数74190芯片的QA和QB引脚与十位数74190芯片的QA、QB、QC和QD用六

15、输入或门连起来。工作开始时，LD为0，计数器预置数25，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数25，之后又倒计时，如此循环下去。具体接法如下图4.4 译码器系统的输出是在Q1Q0驱动下的6个信号灯，各状态与信号灯的关系由表5给出，电路图见下图。因此，得到灯光信号与控制器状态变量的关系为： （式7） （式8） （式9）图4-5 译码器原理图状态CBAHGHYHRFGFYFRS0000011110S1001101110S2010110011S3011110101S4100110110S5101110110S6110110110S711111011

16、0表4-2 74LS138D功能表正常工作时单刀双掷开关掷向低电平，系统工作在S0S3状态，特殊情况下单刀双掷开关掷向高电平，系统工作在S4S7状态在实现特殊情况与正常工作状态切换时，利用一个单刀双掷开关，其公共端与秒脉冲信号用与非门连接到七段数码管的阳极，来控制特殊情况下七段数码管上数字的闪烁。同时，再把单刀双掷开关的公共端接非门，再与秒脉冲信号用与门连接到倒计时模块的脉冲信号输入端，实现保持功能。实际电路图如下： 图4-6 特殊功能电路图4.6 综合逻辑电路图图4-6 综合逻辑电路图第5章 仿真调试过程在软件调试过程中，我们遇到以下几个问题：（1）在倒计时模块置数方面，无法利用借位端进行置

17、数，最后改用六输入或门与输出端连接进行置数。（2）在显示译码器选择方面，刚开始选用的是7449（共阴极显示译码器），连接正确但无法正常显示，最终采用74LS47共阳极显示译码器，解决此问题。（3）在实现特殊情况与正常工作状态切换时，开始采用多个开关控制，经过进一步的仿真与探索，最终利用低电平对脉冲信号的屏蔽，实现一个开关控制状态转换。第6章 设计体会及收获课程设计是在数字电子技术的基础上进行展开设计与学习的。通过这次课程设计，我对数字电子技术基础这门课程有了更深一步地理解。趁着做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。掌握了由555定时器构成所需频率脉冲发生器的方法，熟悉了由真值表列表达式、设计实现电路的过程，并掌握了计数器实现特定要求进制的减计数及其