交通灯课程设计

课程设计（大作业）报告课程名称：数字电子技术基本教程设计题目交通灯院系：信息技术学院班级：物联网工程1版设计者：刘安奎学号：201311050212指导教师：张虹设计时间：2015-6-23~2015-6-25信息技术学院昆明学院课程设计（大作业）任务书姓名：刘安奎院（系）：信息技术学院专业：物联网工程学号：201311050212任务起止日期：2015-6-23~2015-6-25课程设计题目：交通灯课程设计要求：完成一个交通灯的电路设计、系统仿真，实现以下功能：（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。（2）当甲车道允许通行亮绿灯时，乙车道亮红灯，而乙车道允许亮绿灯时，甲车道亮红灯。（3）甲乙车道交替允许通行，甲车道每次放行25秒、乙车道25秒。设计25秒计时显示电路。（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5秒的黄灯作为过渡，设置5秒计时显示电路。工作计划及安排：1、查阅资料。分析比较、选择设计方案；2、总体设计。设计计算、元件选取、绘制电路原理图；3、软件仿真。利用Proteus软件构建电路，进行虚拟仿真;4、调试。利用Proteus软件的调试工具进行分块调试、整机联调;5、故障排除。根据调试过程中出现的问题，逐一查找原因，排除故障，使电路达到设计要求；6、撰写课程设计报告。要求写出设计思路、工作原理，画出电路结构框图，绘出电路原理图，给出设计参数及调试电路数据，分析设计中遇到的问题和解决方法及设计心得体会。指导教师签字年月日课程设计（大作业）成绩学号：201311050212姓名：刘安奎指导教师：张虹课程设计题目：交通灯总结：经过几天数字电子技术的课程设计,完成了交通灯控制电路。通过这次数字电子技术课程设计，使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。通过这几天不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数字电子技术的应用技术，以及数字电子技术的知识和有关电子元件的应用。我更深刻体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。在设计的过程中,培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。让我体会到了设计的艰辛，同时更让我体会到成功的喜悦和快乐。这次课程设计,使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。经过这次课程设计，我学到很多东西。但同时也发现了很多自身的不足,有限的知识不足以解决在学习生活中所遇到的系列问题。同时，也感谢老师和同学在课程设计中的耐心指导。指导教师评语：成绩：填表时间：指导教师签名：目录一、设计目的...................................................................................................................................1二、设计要求和设计指标...............................................................................................................1三、设计内容...................................................................................................................................13.1交通灯控制电路的工作原理...............................................................................................13.2主要器件................................................................................................................................73.3仿真结果................................................................................................................................8四、本设计改进建议...................................................................................................................10五、总结.........................................................................................................................................10六、主要参考文献.........................................................................................................................111一、设计目的为了确保甲乙两车道的车辆顺利、畅通得通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。在学完《数字电子技术基本教程》之后，集中了3天的时间，进行复杂程度高、综合能力较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求到达以下目的：1、进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；2、熟悉并掌握Proteus仿真技术，能独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真和调试等的综合能力；3、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法，提高电子电路的设计和实验能力；4、熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。二、设计要求和设计指标运用Proteus仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子技术，以及仿真和调试等的综合能力。及设计一个交通逻辑控制电路,实现路口的自动控制.1、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。2、当甲车道允许通行亮绿灯时，乙车道亮红灯，而乙车道允许亮绿灯时，甲车道道亮红灯。3、甲乙车道交替允许通行，甲车道每次放行25秒、乙车道25秒。设计25秒计时显示电路。4、在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5秒的黄灯作为过渡，设置5秒计时显示电路。三、设计内容3.1交通灯控制电路的工作原理该电路主要由控制器、定时器、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和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号2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，由它控制定时器和译码器的工作。如下图3.1.1所示为交通灯控制电路系统原理图图3.1.1.交通灯控制系统原理图定时器定时器（图3.1.2）由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号和模25的定时信号。计数器选用集成电路74LS160进行设计较简便。74LS160是十进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。RD’是低电平有效的同步清零输入端，LD’是低电平有效才同步并行置数控制端，，RCO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。3图3.1.2.定时器原理图秒脉冲发生器秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R1=68K、R2=15K,C2=10uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。既T=(R1+2R2)C2ln2当T=1S，即可凑出R1、R2、C1，其中C1=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。如图3.1.3所示，R2=15K、C2=10uF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C2上得到一个三角波。此三角波送到NE555的2脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。4图3.1.3.秒脉冲发生器原理图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。列出控制器的状态转换表，如下所示。选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1n+1Q0n+1＝00状态时，如果TL＝0，则控制器保持在00状态；如果，则控制器转换到Q1n+1Q0n+1＝01状态。这两种情况与条件TY无关，所以用无关项X表示。其余情况依次类推，就可以列出了状态转换信号ST。可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与，其中1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：5注:TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。根据以上方程，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。原理图如图3.1.4其原理为：CLK分别送给U11A和U11B的3和11的清零端。如图3.1.4所示：74LS74两个D触发器作为时序寄存器产生4种状态。选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的的现态值加到74LS153的数据选择端作为控制信号，即可实现控制器的功能。图3.1.4.交通灯控制器译码电路译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间6的关系如下表所示。表中A、B代表甲、乙车道。表1控制器状态编码与信号灯关系表Q1Q0AG绿灯AY黄灯AR红灯BG绿灯BY黄灯BR红灯00100001010100011000110011001010由秒脉冲发生器产生了周期性变化的CLK脉冲，一部分送给了定时器的74LS160芯片，另一部分送给了控制器的74LS74芯片。在脉冲ST同时加到定时器74LS160芯片的情况下，通过芯片74LS10将会输出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的结果是秒脉冲的5倍；TL和TL非放大的结果是秒脉冲的25倍。TY非、TL非分别作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脉冲置于芯片74LS74中会输出高低变化的电平。控制器中的信号在送给由芯片74LS08组成的译码器后再通过电路中的指示灯和200欧的电阻从而得到交通灯的逻辑电路，这种电路的结果最终通过小灯的正常闪烁来实现。电路图设计如下图3.1.5所示：7图3.1.5.译码器原理图显示部分显示部分由74LS48和共阴极七段数码管组成，74LS48作为译码器，对74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图3.1.6所示：图3.1.6.74LS48和数码管3.2主要器件元件数量(片/个)元件数量(片/个)NE551200欧姆电阻774LS160215K欧姆电阻174LS08468K欧姆电阻174LS0430.01uF电容174LS153210uF电容274LS742发光二极管674LS48283.3仿真结果仿真图图3.3.1.9图3.3.210图3.3.3图3.3.4结果分析:接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，甲车道方向绿灯亮，行人车辆都可自由通行；乙车道方向车道的