数电课设-交通灯

-0-目录1．设计任务----------------------------------------------------------1-2.总体设计方案-------------------------------------------------------1-2.1总述：------------------------------------------------------------1-2.2设计思路：--------------------------------------------------------2-2.3设计总框图如下：--------------------------------------------------3-3.模块电路设计-------------------------------------------------------4-3.1秒脉冲发生模块----------------------------------------------------4-3.2数码管显示模块----------------------------------------------------4-3.3led发光电路------------------------------------------------------5-3.4主控电路----------------------------------------------------------6-3.5交通信号灯电路----------------------------------------------------9-4．原理总图----------------------------------------------------------9-5．元器件清单-------------------------------------------------------10-6．调试-------------------------------------------------------------10-7.心得体会----------------------------------------------------------10-8．参考文献--------------------------------------------------------11--1-1．设计任务1．设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。具体要求如下：（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。（２）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。可用逻辑开关作主支干道检测车辆是否到来的的信号。（３）主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（４）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。（５）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。2．提示：设计时先用仿真软件Multisim测试设计电路是否正确，无误再制作实际电路。3．参考元器件：74HC160/190，74HC161，74HC00，74HC08，74HC20，74HC153，74HC138/139，CD4511，CD4060/NE555等。2.总体设计方案2.1总述：本次课程设计这样实现交通灯的控制，交通灯是交通安全的关键，已经广泛用于城乡的十字路口，它的正常工作是交通秩序能够正常进行的有力保障，为了确保十字路口的车辆顺利通行，往往都采用自动控制信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。本次设计主要分为两种情况：支干道有车和支干道无车。整个交通灯控制系统由led灯显示模块，循环控制模块，置数与数码管显示模块和秒脉冲发生模块组成。-2-图1支干道有车图2支干道没车2.2设计思路：由一片74hc161控制交通显示红绿灯的交替循环，共有四个状态，主干道绿灯亮同时支干道红灯亮，主干道黄灯亮同时支干道红灯亮，主干道红灯亮同时支干道绿灯亮，主干道红灯亮同时支干道黄灯亮；同时两片74hc160加法计数器，高片主干道绿灯亮支干道红灯亮45s主干道黄灯亮支干道红灯亮5s主干道红灯亮支干道黄灯亮5s主干道红灯亮支干道绿灯亮25s主干道绿灯亮支干道红灯亮45s-3-和低片分别和七段显示译码管的十位和个位相连，通过预置数，实现数码显示；计数时间通过555定时器产生的秒脉冲来实现，各模块之间通过逻辑门来连接。此外，在实现支干道有无车时，增加了手动复位按钮。①系统中要求有45秒，25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种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时基电路。③主控电路是整个电路的核心，它的输入信号来自45秒，25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。2.3设计总框图如下：图3交通信号灯控制的总原理框图图4模拟十字路口实际情况秒脉冲发生模块计时模块数码管显示模块Led灯显示模块循环控制模块主干道支干道绿黄红绿黄红绿黄红红黄绿-4-3.模块电路设计3.1秒脉冲发生模块脉冲发生器是由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：T≈0.7(R1+2*R2)*C,若T=1.0s，令C1=10uF,C2=0.01uF,R1=47kΩ,R2=47kΩ。根据计算结果，脉冲发生器设计如图5：它向计数电路提供的秒计时CP脉冲。图5秒脉冲发生器原理图3.2数码管显示模块此模块由共阴极七段显示译码管、CD4511做译码器中间通过330Ω的电阻相连组成。主要是通过预置给74hc160的三个数45、5、25，再利用74hc160的计数功能计上述的三个数，从而实现数码管的译码、显示。这里硬件电路采用的是-5-七段显示共阴管，每一个数码管配备七个限流电阻，保护其可以正常工作。图6数码管显示电路3.3led发光电路交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，共阳极接法，串联入保护电阻，避免电流过大对二级管造成损坏。译码器采用实验室最常用的74ls138三线八线译码器：表174ls138真值表-6-显示电路：图7译码显示电路3.4主控电路交通灯的主控电路时一个时序电路，输入信号为：车辆检测信号（传感器信号）设为A、B，三个定时信号5s、25s、45s设为E、D、C。控制器的状态转换表如表3所示。表2状态主干道支干道时间S0绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行45S1黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行5S2红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行25S3红灯亮，禁止通行黄灯亮，停车5逻辑变量的取值含义为：A=0，主干道无车，A=1，主干道有车；B=0，支干道无车，B=1，支干道有车；C=0,45s定时未到，C=1,45s定时到；D=0,25s定时未到，D=1,25s定时到；E=0,5s定时未-7-到，E=1,5s定时到。状态编码：S0=00，S1=01，S2=11，S3=10。赋值后的状态转换表如表3所示。表3ABCDEQ2nQ1nQ2n-1Q1n-1说明×0×××0000维持S0110××000001×××0001由S0→S1111××0101××××00101维持S1××××10111由S1→S211×0×111101×××1111维持S2×0×××1110由S2→S311×1×1010××××01010维持S3××××11000由S3→S0将表中的触发器输出化简，并选择JK触发器，可得状态方程即驱动方程如下：状态方程：Q2n+1=EQ2n（Q1n）′+ABD′Q2nQ1n+A′BQ2nQ1n+B′Q2nQ1n+ABDQ2nQ1n+E′Q2nQ1n=EQ2n（Q1n）′+(Q1n+E′（Q1n)′）Q2n=EQ2n（Q1n）′+(Q1n+E′)Q2nQ1n+1=A′B（Q2n）′（Q1n）′+ABC（Q2n）′(Q1n)′+E′(Q2n)′Q1n+E(Q2n)′Q1n+ABD′Q2nQ1n+A′BQ2nQ1n=(A′+AC)B(Q2n)′(Q1n)′+((Q2n)′+BQ2n((A′+D)*A)′)Q1n=(A*(A′+C′))′B(Q2n)′(Q1n)′+(Q2n)′((Q2n)′+(BA′D)′)*Q1n=(AC′)′B(Q2n)′(Q1n)′+（Q2n(BA′D)′)′Q1n驱动方程：J1=B（AC′）′（Q2n）′K1=（B（AD）′）′Q2nJ2=EQ1nK2=E（Q1n）′-8-74LS160芯片如图所示，CLR为异步清零端，LD为置数控制端，P和T使能端，CP为时钟输入端，ABCD为并行置数输入端，QAQBQCQD为输出端，功能表如图所示。U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2图8表474LS160功能表CLKCLRLDEPET工作状态×0×××置零↑10××预置数×1101保持×11×0保持（但C=0）↑1111计数-9-图9主控电路3.5交通信号灯电路交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色的发光二极管，共阳极接法，并连接高电平时分别接入保护电阻，避免电流过大时二极管造成损坏，信号输入分别接译码管和门电路。如图10图10led显示模块电路4．原理总图-10-5．元器件清单序号数量名称规格11TIMER,LM555CM22LED_red32LED_yellow42LED_green5174LS,74LS138D6174LS,74LS161D7174LS,74LS4011BD8274LS,74LS160D9174LS,74LS4081BD10274LS,74LS4023BD111SWITCH,SPST12274LS,74LS32D131RESISTOR,74.7kΩ141RESISTOR,4.7kΩ151CAPACITOR,10µF161CAPACITOR,0.01µF172HEX_DISPLAY,DCD_HEX186RESISTOR,330Ω1914RESISTOR,470Ω6．调试本设计的巧妙之处就在于能够分级调试，首先调试555产生的秒信号，再对其分频信号进行分析，观察是否够得到我们所需要的1.1秒信号。调试74LS160观察是否能够达到我们的要求即实现10进制计数。观察74LS138级联的输入与输出是否与真值表一致。最后看各基本门电路组成的分析电路是否能达到预期的目的。显示部分也是这样，分级检测，如果每一个小环节都能正常工作我们就可以把它们都连接起来，观察两个大的部分能否各自正常工作，即灯的控制是否和预期一致，显示能否正常进行。最后校对两部分，即灯与计时，观察其是否能达到同步，并用基准秒表进行测试看时间是否有误差。7.心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我沉得做课程-11-设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。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