交通信号灯控制电路(共25页)

1、PAGE PAGE 32数字电子(dinz)技术课程设计报告交通(jiotng)信号灯控制电路 姓 名: 学 院：电子信息工程学院专 业: 电气工程及其自动化班 级: 学 号: 指导老师: 闫晓梅 目录(ml)一、设计(shj)任务及要求2二、总体(zngt)框图3三、器件选择5四、功能模块11五、系统总电路图20六、硬件实验21七、心得体会22一：设计(shj)任务及要求在当今(dngjn)经济与科学高速发展的社会，人们所倡导的是秩序与和谐，作为社会规范的一员，交通指挥是非常重要的一员，本次设计是无人值守的交通灯，保证车辆与人员的顺利通过图3-1 设计(shj)示意图工作(gngzu)示意图

2、任务(rn wu)要求：1.能显示十字路口南北、东西两个方向(fngxing)的红(R)、黄(Y)、绿(G)的指示状态，两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。2.能实现正常的倒计时功能用两组数码管作为东西、南北方向的倒计时显示，主干道每次放行（绿灯）10秒，支干道每次放行（绿灯）45秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要黄灯亮以5S为周期作为过渡。 3.能实现特殊状态的功能: = 1 * GB2 按下s1键后，能实现特殊状态功能。 = 2 * GB2 显示倒计时两数码管闪烁； = 3 * GB2 计数器停止计时并保持在原来状态； = 4 * GB2 东西，南北(nnbi)均显示红灯

3、状态； = 5 * GB2 特殊状态(zhungti)解除后仍能继续计数； 4. 能实现(shxin)总体清零功能按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。 5计该电路并画出整体电路原理图。完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的准确性。二、总体框图： 计时电路译码电路控制电路路路置数控制信号置数数据秒脉冲南 北 方 向倒计时数 字 显 示东 西 方 向R1、Y1、G1南 北 方 向R2、Y2、G2东 西 方 向倒计时数 字 显 示倒计时计数器暂停电路清零电路根据设计任务和设计要求(yoqi)，我们可以从三个部分考虑。1交通灯的灯计时部分(b fen)由于(yu

4、y)交通灯工作的时间分别为绿灯亮45秒，黄灯亮5秒，红灯亮65秒，绿灯亮60秒，黄灯亮5秒，红灯亮50秒，所以灯显时间周期为115秒。所以计数器每工作循环周期分别为45，5，60，可以分别选用45进制的计数器，5进制的计数器，60进制的计数器。我选用了中规模74LS160进制的计数器分别组成所需的计数器。分别由两个四选一数据选择器和两个D触发器控制计时器的工作状态。另外，由于设计要求电路可以通过开关将交通灯手动调整为清零状态。通过一单刀单掷开关和非门来实现。当开关打到高电平时为清零工作状态，打到低电平时为正常状态。2交通灯的控制部分因为交通灯有四个工作状态，所以需要两个D触发器，触发器的一种状

5、态控制进制计数器工作，两个状态控制进制计数器工作，还有一种状态控制进制计数器工作。同时(tngsh)选用两片74作为数据选通的开关，它的输入分别三个计数器进位输出，两个输出分别作为触发器的输入控制触发器的四种(s zhn)状态。 2.倒计时显示部分(b fen) 数字显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿或红灯亮时，使减法计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“”停止。由于灯显部分的频率是数显部分频率的1/5，所以要用一个单稳态连接数显和灯显部分。译码显示可由计数器输出驱动译码器，计数器采用可预制加、减计数器，且让其工作在减法计数状态。 3.1Hz标准脉冲和分频部分 采

6、用函数信号发生器。三、选择器件器件功能件数74LS20D4输入端双与非门一片74LS11D三输入与门四片74LS160D可预置BCD异步清除计数器一片74LS04D六反相器两片74LS08D2输入端四与门两片74LS32D输入端四或门一片74LS153双4选1数据选择器四片74LS74D触发器两个电源5V 一个按键开关单刀双掷一个按键开关可弹起一个数码管四输入九个器件(qjin)介绍： （1）74LS04D：当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因此输出与输入的电平之间是反向关系，它实际上就是(jish)一个非门。（亦称反向器）。在一些实用的反向器电路中，为了保证在输

7、入低电平时三极管可靠(kko)地截止，常将电路接成图2.3.3的形式。由于接入了电阻R2和负电源VEE,即使输入的低电平信号稍大于零，也能使三极管的基极为负电位，从而使三极管能可靠地截止，输出为高电平。当输入信号为高电平时，应保证三极管工作在深度饱和状态，以使输出电平接近于零。为此，电路参数的配合必须合适，保证提供给三极的基极电流大于深度饱和的基极电流。74LS04为六反相器，输入是A，输出是Y，6个相互独立倒相。供电电压5V，电压范围在4.755.25V内可以正常工作。门数6，每门输入输出均为TTL电平（2v高电平）,低电平输出电流-0.4mA,高电平输出电流8mA。其逻辑符号、逻辑功能表、

8、内部结构、管脚图分别如下： 图5 74LS04的内部结构 表1 74LS04功能表 图6 74LS04的逻辑(lu j)符号 图7 74LS04的管脚图（2）4LS32D：74LS32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统(xtng)中。 表达式为：Y=A+B 引脚排列图管脚功能：左下1-1A，2-1B， 3-1Y；4-2A，5-2B，6-2Y；7-GND； 右起：右上8-3Y，9-3A，10-3B；11-4Y，12-4A， 13-4B；14-VCC 其中A，B为输入(shr)端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。图11 74ls32引脚图 图12表3 74ls32真值

9、表AB0000011101111（3）4LS153D74LS153是四选一多路开关，即一个(y )芯片内集成了两个同样结构 的四选一多路开关。数据输入端D0，D1，D2，D3：四路输入数据。数据输出(shch)端Y：一路输出数据。地址输入端A0，A1：用于输入选择控制，A0、A1的四种组合，分别打开某一路。输出(shch)控制端ST:使能控制端，低电平有效逻辑功能表图13 74LS153管脚图 表4 74LS153数据选择器功能表(4)4LS08 74LS08为四输入端与门。由其逻辑功能表与内部原理图如下图： 74LS08逻辑功能表ABY00001010011174LS08的逻辑(lu j)表

10、达式为：Y=AB(5).74LS1174LS11为三输入的与门，由其逻辑(lu j)功能表可得，其逻辑功能为“见0得0，全1得1”，即只要三个输入(shr)端口中有一个为0，则输出Z就为0，当输入全为1时，才有输出Z为1。“三输入与门”逻辑功能表ABCZ00000010010001101000101011001111其管脚图和内部原理图为： 其逻辑符号如下图：(6)4LS3274LS32是二输入或门，其逻辑符号(fho)和管脚图如下图所示 或门的逻辑表达式为Y=A+B，其逻辑功能表见下表。由其逻辑功能表可得，当两个(lin )输入只要有一个为1时，输出就是1，只有两个输入都为0时，输出才是0，

11、即“见1得1，全0得0”。74LS32逻辑功能表输入输出 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1(7)74LS16074LS160为可预置(y zh)的十进制同步计数器。在CT74LS160中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。由其功能表可得，当置数端为0时，输出全为0。预置数端为0，当脉冲到达时，计数器置数；当置数和预置数端都为1，且EP=ET=1时，计数器进行加法计数；当EP=0，EP=1时，输出不变，且RCO=0；当ET=1时，各输出及RCO都保持不变。74LS160的内部(

12、nib)原理图如右图所示。当RC=0时所有触发器将同时(tngsh)被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当RC=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。当RC=LD=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。同时C的状态也得到保持。如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。当RC=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。从电路的0000状态开始

13、连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。：图3 74LS160引脚图74LS160功能表CPEP ET工作状态0 置 零脉冲10 预置数110 1保 持11 0保持（RCO=0）脉冲111 1计 数(8).74LS19274LS192的管脚图与逻辑(lu j)符号如下图： 其功能表：74LS192为十进制同步(tngb)加、减计数器（双时钟），既可进行加法计数，又可进行减法(jinf)计数，且有异步置数和清零功能。当输入脉冲接到CPU时，计数器实现加法计数，当输入脉冲接到CPD时实现减法计数。如

14、下图74LS192的管脚图所示，P0P3为输人，Q0Q3为输出，MR为清零端，并且为高电平有效，MR=1时产生异步清零信号，输出为“0000”，因此在计数(j sh)状态下应令MR=0。为置数端，当=0时计数器置数。、分别为借位输出和进位输出。(9).LED发光二极管LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。发光二极管使用的材料与普通的硅二极管和锗二极管不同，有磷砷化镓、磷化镓、砷化镓等几种，而且半导体中的杂质浓度很高。当外加正向电压时，大量的电子和空穴在扩散过程中复合，其中一部分电子从导带跃迁到价带，把多余的能量以光的形式释放出来，便发出一定波长的可见光。LED显

15、示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长个、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。管脚分别接输出段的、四、功能模块1、脉冲产生电路用信号函数发生器产生1Hz信号2计时电路Q1，Q0分别为D触发器的输出，R1，Y1，G1，R2，Y2，G2分别为南北(nnbi)，东西交通灯的红，黄，绿灯(ldng)，S45，S5 S60分别(fnbi)为计数器的工作状态， 1表示其工作，0表示其不工作，各计数器电路工作真值表输入 输出Q1 Q0G1Y1R1G2Y2R2S

16、45S5S600 01000011000 10100010101 00011000011 1001010010可得出一下逻辑表达式S45=G1；S5=Y1+Y2；S60=G2；（1）45进制计数器45进制计数器采用两片74LS160芯片级联，组成(z chn)1000进制计数器，再用整体置数法改成45进制计数器由上面的状态转换(zhunhun)表得到，当G1工作(gngzu)时，45进制计数器便开始计数，进位输出时转换到下一个状态，45进制计数器停止计时保持在零状态。（2）5进制计数器5一片74LS160十进制计数器，用置数法改成5进制计数器由上面的状态转换表得到，当Y1和Y2工作时， 5进制

17、计数器便开始计数，进位输出时转换到下一个状态，这时 5进制计数器停止计时保持在零状态。（3）60进制计数器60进制计数器采用(ciyng)两片74LS160芯片级联，组成100进制计数器，再用整体置数法改成60进制计数器由上面的状态(zhungti)转换表得到，当G2工作(gngzu)时，60进制计数器便开始计数，进位输出时转换到下一个状态，60进制计数器停止计时保持在零状态。2控制器部分由于交通灯工作的时间(shjin)分别为绿灯(ldng)亮45秒，黄灯亮5秒，红灯亮65秒，绿灯亮60秒，黄灯亮5秒，红灯亮50秒，所以可以得出下列(xili)状态转换表和转换图。Q1，Q0分别为D触发器的输

18、出，R1，Y1，G1，R2，Y2，G2分别为南北，东西交通灯的红，黄，绿灯；T45，T5，T60分别表示45计数器的进位输出，5计数器进位输出，60进制计数器进位输出1表示其有效，0表示其无效，状态(zhungti)转换表现态状态转换条件次态南北灯状态南北灯状态Q1 Q0 T45 T5 T60Q1 Q0 G1 Y1 R1G2 Y2 R20 00 * *0 01 0 00 0 10 01 0 00 11 0 0 0 0 10 1* 0 *0 10 1 00 0 10 10 1 01 00 1 00 0 11 0* * 01 00 0 11 0 01 00 0 11 10 0 11 0 01 1*

19、 0 *0 00 0 10 1 01 10 1 00 00 0 10 1 0状态(zhungti)转换图1 1倒计时数 字 显 示0 00 11 0Q1 Q0由上图表可得出(d ch)各个输出的表达式南北方向 绿：黄： 红： 东西方向 绿： 黄：红：因为交通灯有四个工作状态，所以需要两个D触发器，触发器的一种(y zhn)状态控制进制计数器工作，两个状态控制进制计数器工作，还有一种状态控制进制计数器工作。Q0与Q1选用(xunyng)四选一的数据选择器74LS153,触发器用双D触发器74LS74，看成(kn chn)逻辑变量，将T45 T5 T60看成输入变量由函数逻辑式实现以上函数。如下图

20、：3.倒计时显示部分置数功能表现态置位条件南北显示十位南北显示个位Q1 Q0 T45 T5 T60A1 B1 C1 D1A2 B2 C2 D20 01 0 00 0 0 01 0 1 00 10 1 00 1 1 00 0 0 01 00 0 10 0 0 01 0 1 01 10 1 00 0 1 01 0 1 0A1=G1 A2=Q1+G1B1=Q0 B2=0C1= Q0 C2=A1D1=0 D2=0现态置位条件东西显示十位东西显示个位Q1 Q0 T45 T5 T60A3 B3 C3 D3A4 B4 C4 D40 01 0 00 0 0 01 0 1 00 10 1 00 1 1 00 0

21、 0 01 00 0 10 0 0 01 0 1 01 10 1 00 0 1 01 0 1 0A3=0 A4=A2B3=Y1 B4=0C3=Q0 C4=A4D3=0 D4=0此模块选用(xunyng)十进制同步加、减计数器（双时钟）74LS192和七段数码显示管DCD_HEX来实现。采用74LS192的减法计数功能，把减计数脉冲输入接秒脉冲，加计数脉冲输入接高电平。每个路口(lku)用两片74LS192设计为分别为45，5，65，45，50，60，5进制减法器进制计数器，令第一片74LS192的借位输出作为第二片的计数脉冲。数字显示由所置的数见到1.在Multism2001中仿真次模块，为了

22、能够尽快看到仿真结果，可将从灯控部分输出的置数信号的频率扩大1000倍，即用200Hz代替0.2Hz，可见(kjin)，两组数码显示管显示的数据从45减到1，置数到5，再依次减到1，且两组数据是同步的。可得，数字显示模块的控制电路设计正确，能够完成要求的功能。4.暂停部分暂停电路用SR锁存器控制脉冲的有无，便可以(ky)实现暂停功能。5.清零(qn ln)部分使用(shyng)74LS160与74LS192清零端CLR便可以实现。由于要求(yoqi)电路可以通过开关将交通灯手动清零(qn ln)。所以(suy)通过一单刀单掷开关来实现，。开关打开的时候输入是高电平为正常工作状态，开关闭合的时候输入是低电平，为清零工作状态。 五、总体电路设计图在Multism2001中仿真此电路，南北倒计时显示，当南北路口绿灯亮，东西路口红灯亮时，数字显示开始从45时，每秒减1，当数字减到1，南北路口黄灯亮，计数器从5减计数当数字减到1，南北路口变为红灯，东西路口变为绿灯，同时，数字显示为65并开始倒计时