数电交通灯课程设计---交通信号灯控制器设计

课程设计课程名称数字电子技术课题名称交通信号灯控制器设计专业自动化班级0904学号34姓名管琴华指导教师陈意军2011年12月7日湖南工程学院湖南工程学院课程设计任务书课程名称：数字电子技术题目：交通灯信号控制器设计专业班级：自动化0904学号：34学生姓名：管琴华指导老师：陈意军审批：任务书下达日期2011年11月28日设计完成日期2011年12月9日湖南工程学院设计内容与设计要求一、设计内容1.设计交通灯控制电路：以数字形式显示南北、东西两向通车时间、停车时间；2.交通十字路口南北和东西方向两道上车辆交替运行，南北方向每次通行时间90秒（绿灯亮），要求黄灯亮5秒后，才能交换车道；东西方向每次通行时间50秒（绿灯亮），要求黄灯亮5秒后，才能交换车；道工作流程如下：3.利用软件对电路进行仿真；4.分别采用两位数码管显示南北和东西方向时间5.可以手动外置控制开关，清零和置数、启动；6.功能扩展：1)夜间黄灯闪耀；2)自选。二、设计要求:1.给出整体设计框图，提供总电路图；2.单元模块设计，给出具体设计思路和电路；3.给出各单元模块电路、总电路图的仿真结果；4.电路硬件实现和功能调试；5.写出设计报告。南北向绿灯亮，东西方向红灯亮90秒南北向黄灯亮，东西方向红灯亮5秒南北向红灯亮，东西方向绿灯亮50秒南北向红灯亮，东西方向黄灯亮5秒湖南工程学院主要设计条件1.提供所需元件及芯片；2.提供电源和调试设备；3.提供设计软件；说明书格式1.课程设计封面；2.任务书；3.说明书目录；4.设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5.单元电路的设计（各单元电路图）；6.安装、调试步骤；7.故障分析与电路改进；8.总结与体会；9.附录（元器件清单）；10.参考文献；11.课程设计成绩评分表。湖南工程学院进度安排第一周星期一：课程内容介绍和查找资料；星期二：总体电路设计和分电路的设计；星期三：分电路设计与仿真；星期四：总体电路电路仿真，修改方案，电路调试；星期五：确定设计方案，安装电路；第二周星期一~二：安装、调试电路或验收电路；星期三：安装、调试电路或验收电路；星期四~五：写设计报告；星期五下午：答辩，整理实验室；参考文献湖南工程学院目录第一章绪论..........................................................................................................................11.1.总方案概述...........................................................................................................11.2.设计思路...............................................................................................................11.3.实现目标...............................................................................................................2第二章模块电路的设计......................................................................................................22.1.秒脉冲信号发生模块的设计...............................................................................22.2.倒计时计数模块的设计.......................................................................................32.3.置数信号发生模块的设计...................................................................................42.4.交通灯状态显示模块的设计...............................................................................72.5.译码显示模块的设计...........................................................................................9第三章电路的调试与安装................................................................................................103.1.总设计电路图.....................................................................................................103.2.电路的软件设计与调试过程.............................................................................103.3.电路的硬件调试与安装过程.............................................................................14第四章体会与心得............................................................................................................18第五章附录........................................................................................................................185.1.芯片清单.............................................................................................................185.2.芯片引脚排列逻辑符号以及功能表.................................................................195.3.参考文献.............................................................................................................24湖南工程学院1第一章绪论1.1.总方案概述交通灯控制系统由秒脉冲信号发生模块、置数信号发生模块（包括东西方向和南北方向）、倒计时计数模块（包括东西方向和南北方向）、译码显示模块（包括东西方向和东西方向）和控制红绿黄显示模块（包括东西方向和南北方向）五大模块组成。它们之间的联系是：①秒脉冲信号发生模块为倒计时计数模块提供脉冲信号，②置数信号发生器提供状态信号给倒计时计数模块，③置数信号发生器提供状态信号给控制红绿灯显示模块，④倒计时计数模块输出信号给译码显示模块。总体框图如下：1.2.设计思路秒脉冲信号发生模块南北方向译码显示模块东西方向倒计时计数模块东西方向译码显示模块东西方向置数信号发生模块南北方向交通灯显示模块南北方向倒计时计数模块南北方向置数信号发生模块东西方向交通灯显示模块图1-1交通灯控制器系统框图①②①②③④③④湖南工程学院2根据设计要求：交通十字路口南北和东西两道上车辆交替运行，南北方向每次通行时间90秒（绿灯亮），黄灯亮5秒后才能交换车道；东西方向每次通行时间50秒（绿灯亮），黄灯亮5秒后才能交换车道。要实现南北方向依次90秒、5秒、55秒的倒计时和东西方向依次95秒、50秒、5秒的两组倒计时，根据实验室的设备现有器件，选用两片74LS192十进制同步加/减计数器来实现南北方向的倒计时功能，那倒计时怎样才能实现90秒、5秒、55秒的倒计时呢？联想到N进制计数器的方法，这里就需要置位信号，由此需要置数信号发生器，既然是同步的，这里需要一个秒脉冲信号，就涉及到CB555定时器的相关知识设计振荡周期为1秒的多谐振荡器。要把倒计时的功能显示出来，这里采用7段共阴显示管，由于计数器的输出信号不能直接给7段共阴显示管，需要驱动信号，就组成了译码显示模块。除了要能数码显示还有交通灯最关键的：灯状态信号输出，通过置数信号联系组合逻辑门电路的三种状态灯的显示，这里构成了交通灯显示模块。以上便是我的整体思路。1.3.实现目标整个电路实现的功能如表1-1所示：南北方向东西方向数码显示状态交通灯显示状态注释数码显示状态交通灯显示状态注释90S~~00S绿灯亮车行驶90秒95S~~00S红灯亮禁止通行05S~~00S黄灯亮正在过路口的车行驶55S~~00S红灯亮禁止通行50S~~00S绿灯亮通行50秒5S~~00S黄灯亮正在过路口的车可以行驶表1-1第二章模块电路的设计2.1.秒脉冲信号发生模块的设计湖南工程学院3此模块采用555定时器以多谐振荡器为主体思路设计的秒脉冲信号发生器。实际中我们所采用的时间都是标准的1秒，脉冲的周期为T=CLn2*(R1+2R2)=1，R1=R2，C=10µf，则有R1=1/3*C*Ln2=48KΩ，取两个固定电阻47K与两个固定电阻1K的串联即可。如图2-1所示。2.2.倒计时计数模块的设计此模块由两小模块够成，即：南北方向倒计时计数和东西方向倒计时计数。首先把两片十进制同步加减计数器74LS192构成两位十进制倒计时计数器。低位的减脉冲信号来自秒脉冲信号发生模块，它的借位信号送给高位的减计数脉冲信号端，清零端用开关接低电平，倒计时状态中开关是闭合的，断开可实现高低位的清零。然后根据功能，南北方向要依次实现90秒、05秒、55秒的倒计时，运用到置数端的置数功能，因为是低电平置数，只需把高位产生的借位信号（低电平有效）送给置数端即可。高位的借位端会依次产生3次借位有效信号，在这三次信号到来的同时还要给输出端置不同的信号，但是在置数55秒时，要其置数65秒才能实现，具体在下一模块体现。其计数输出端接译码器输入模块。东西方向要依次实现95秒、50秒、05秒的倒计时，如果和南北方向一样把高位的借位信号送给高位和低位的置数端，初始会出现85秒而不是95秒，需要根据逻辑功能对置数信号进行设计，在下一模块设计中会提到解决方法。其计数器输出端接译码器的输入端。南北和东西方向置数信号如表2-1所示状态南北方向置数输出东西方向置数输出十位(D3D2D1D0)个位(D3D2D1D0)时间十位(D3D2D1D0)个位(D3D2D1D0)时间①10010000901001010195②00000101050101000050③01100101550000010105表2-1图2-1湖南工程学院4南北方向倒计时计数电路如图2-2所示。图2-2东西方向倒计时计数电路如图2-3所示。图2-32.3.置数信号发生模块的设计湖南工程学院5此模块分南北方向和东西方向。即：南北方向和东西方向置数模块。首先，根据南北方向和东西方向倒计时计数电路的个位借位端会出现16次的借位信号，运用N进制构成的方法，把两片同步十进制计数器74160构成16进制计数器，采用的是整体置数法。把两块芯片接成百进制计数器，然后将电路的15状态译码（高位0001，