交通灯控制电路的设计

1交通灯控制电路的设计一、课程设计的目的与要求：1）综合运用电子技术课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计课题。2）通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。3）进一步熟悉常用学会电子电路的安装与调试技能。4）电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。5）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。6）学会撰写课程设计总结报告。7）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二、设计任务和要求。1）设计一个交通灯控制电路。要求依次循环点亮红灯40S，绿灯20S，黄灯10S。2）红、绿灯亮时实现倒计时显示时间；黄灯亮时闪动显示。3）画出框图和逻辑电路图，写出设计报告。扩展要求1）设计一主干道十字路口交通灯系统2）主干道：绿灯(G2)30S，黄灯(Y2)10S，红灯(R2)30S3）支干道:红灯(R1)40S，绿灯(G1)20S，黄灯(Y1)10S4）可用按键修改主支干道红、绿灯亮的时间2三、方案选择和论证选用中小规模的集成芯片组成电路。电路方案和论证分析：1、脉冲源选用1HZ频率信号，由实验箱提供。2、电路工作循环周期为70S，且每个灯的工作时间均为10的倍数，主干道红绿灯均为30秒，次干道上红灯40S，绿灯20S，黄灯10S，故可以采用十进制计数器就行，本设计我选用了74LS192，使其构成降频器，从而将1HZ的脉冲源降为0.1HZ。该芯片具有异步清零、置数功能，CP为上跳沿触发。3、循环控制电路的CP输入由74LS192芯片输出的0.1HZ的脉冲源提供。4、将74LS192设计成为七进制计数器，其输出的七个计数状态跟74LS138译码器和门电路即可构成主干道及支干道的红绿黄灯的驱动电路。5、倒计时电路脉冲仍由1HZ脉冲源提供，分为主干道和支道两部分倒计时。其主干道红绿灯均为30秒，故用一个30进制的计数器构成即可，故可用两片74LS192构成十位上的倒计和个位上的倒计。其倒计状态可由红绿灯反馈信号控制，黄灯亮时反馈信号控制十位上的计数片清零即可。次干道的红灯为40秒，绿灯为20秒，同样其计数状态由各灯反馈信号控制即可。3四、原理方框图五、单元电路的选择与设计主、支干道各灯反馈信号控制倒计时状态驱动电路驱动主、支干道各灯发亮（由74LS138译码器和门电路构成）1HZ脉冲源（由实验箱提供）74LS192构成的降频电路循环控制电路（由七进计数器构成）1HZ输出0.1HZ输出1HZ输入倒计时电路，分为主、支干道各灯倒计时并将每个倒计时分为个位倒和十位倒计七个计数状态输出主干道显示管次干道显示管41、降频电路：选用74LS192的集成十进制计数器构成降频器，利用它的进位端，从进位端中输出的即为0.1HZ的降频信号。电路图如下：UP为加计数的CP输入端，CO’为其对应的进位端，当计数器每计数到十个脉冲就从进位端发出一个脉冲，这样就达到了降频的目的。CLR为计数器的清零端，接高电平清零，为使整个电路同步工作，应使电路启动时先进行清零，故各片集成片的CLR接在一起进行统一清零。2、循环控制电路：利用74LS192的置数功能，将其改为七进制计数器。置数逻辑为：预置数端：A=B=C=D=0QCQΒQΑLOAD5电路图如下：七个状态及主、次干道各灯亮的情况如下表：（1代表灯亮、0代表灯灭）七个输出状态次干道主干道时间QCQBQA红灯L1绿灯L2黄灯L3红灯L1’绿灯L2’黄灯L3’00010001010秒00110001020秒01010001030秒01110000140秒10001010050秒10101010060秒11000110070秒3、驱动电路：6由上表可知将QC、QB、QA输入74LS138译码器即可得：QC、QA、QB000001010011100101110译码输出YNY0’Y1’Y2’Y3’Y4’Y5’Y6’因此由上两表可得各灯的逻辑表达式为：次干道：红灯绿灯黄灯'63YL又黄灯亮时要闪动故可用1HZCP与Y6’相与即可。因此CPYL'63主干道：红灯绿灯黄灯CPYL'3'3电路图如下：3210'3'2'1'01YYYYYYYYL54'5'42YYYYL654'6'5'4'1YYYYYYL210'2'1'0'2YYYYYYL7其中QAQBQC为循环控制电路的输出信号共七种组合状态。4、倒计时电路：倒计时电路分为主干道红、绿、黄灯倒计时和次干道红、绿、黄灯倒计时。其CP信号为还未分频的1HZ信号提供，倒计时片工作启动状态由各灯反馈信号控制。红绿灯的倒计时又可分为十位倒计时和个位倒时，因为其个位倒计时相同，所以可以共用一片。黄灯亮时只要对十位倒计时片清零就可以了。A、个位倒计时电路：（为了简便电路，共用个位倒计时电路，可减少电路图的繁琐）将74LS192接成倒计数即成为个位倒计时电路图如下：其中BO’为倒计数时的进位端，为后面的主、次干道的十位倒计时电路提供倒计脉冲。B、主干道红、绿灯十位倒计时电路：由于主干道红、绿灯倒计时均为30S，故两者可共用一片由74LS192置数为8三进制倒计数的十位倒计时电路。置数逻辑为：QDQALOAD；预置数端：D=0；C=0；B=1；A=0（即将1001置为0010）电路图如下：其中清零端经或门分成两路，一路接主干道黄灯，当黄灯亮时为高电平，对其清零。当黄灯灭时，正常倒计数。另一路接共用的手动清零开关，用于启动时或需要时清零。C、支干道十位倒计时电路：由于支干道红灯为40S，绿灯为20S，故支干道十位倒计数要分为两各情况：当红灯亮时十位倒计数为四进制，只需将1001置数为0011即可，置数逻辑同上；预置数端为D=0C=0B=1A=1；当绿灯亮时十位倒计数为二进制，只需将1001置数为0001即可，9置数逻辑同上；预置数端为D=0C=0B=0A=1；比较两者的预置数端可见A端均为高电平，而当红灯亮时B端为高电平，灭时（此时绿灯亮）为低电平。故预置数端B可用红灯信号控制即可现实两灯的不同倒计状态。同理，黄灯亮是对其清零即可。电路图如下：其中清零端经或门分成两路，一路接次干道黄灯，当黄灯亮时为高电平，对其清零。当黄灯灭时，正常倒计数。另一路接共用的手动清零开关，用于启动时或需要时清零。六、总电路图：10按单元电路联接成总电路如下：电路图上半部为降频电路和倒计时电路,下半部为循环控制电路和驱动电路。其中上半部的第一片74192为降频电路，每二片为各灯共用的个位倒计时电路；第三片74192为主干道红、绿灯十位倒计时电路。第四片为支道红、绿灯十位倒计时电路。下半部的第一片74192为循环控制电路，接在后面的为74138译码器和门电路构成的驱动电路。电路中的右下角的开关为手动清零开关。用于启动是或需要是进行手动清零。七、电路调试：电路在EWB仿真软件中，启动时需要手动对其清零。在实验室中，先用MAXPLUS软件进行编译和仿真，编译过程正常后，下载到PLD芯片，进行实物调试，其波形仿真出现微小的延时现象，其延时为几纳秒到几百纳秒，相对于1HZ的信号来说，这样的延时对电路的正常工作不会有影响。至于冒险问题对波形影响不大，也可以忽略。11其仿真波形如下：八、设计总结：通过本电路的设计，我更加清楚了课本知识的重要，在设计过程中，因为本人对一些知识掌握得不够扎实，所以不能很好地选择到合适的芯片，后来经过复习，才发现74LS192芯片是最适合的，将其应用到设计中，很快就达到了我想要的效果，若用芯片74161，通过同步置数异步清零也可以达到要求，但是不够74192方便。当然事先准备工作是少不了的，在仿真之前，本人在宿舍就已经设计好了电路图，通过更改修正，然后在实验室仿真，找出其中的不足，从而进一步完善，由于事先准备充分，设计进行比较顺利，同时通过书本的帮助，解决了设计中出现的问题，圆满完成了设计。