定时器应用电路-交通灯

课程设计报告设计课题：交通灯专业班级：通信2班学生姓名：郭某某指导教师：胡老师设计时间：2014.7.9-2-目录一、课程设计目的...................................3二、课程设计题目（问题）描述和要求.................3三、系统分析与设计.................................33.1系统硬件结构框图.............................33.2系统工作流程图...............................43.3各部分单元电路设计...........................43.3.1状态控制及信号灯指示电路....................53.3.2计数器及数码显示电路........................63.3.3信号灯定时置数逻辑电路......................73.3.4秒信号发生器................................7四、系统调试过程中出现的主要问题...................9五、系统运行报告与结论............................12六、总结.......................................16七、参考资料...................................16八、附录.......................................17-3-交通灯一、课程设计目的学习555定时器应用电路的设计方法和调试方法。二、课程设计题目（问题）描述和要求系统工作的十字路口由主、支两条干道构成，四路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于显示还剩余多少时间将改变信号灯的数码显示器。要求：主、支干道交替通行，通行时间均可在0～99s内任意设定；绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间(也可在0～99s内任意设定)，用以等待十字路口内滞留车辆通过；主支干道通行时间和黄灯亮的时间均由同一计数器按减计数方式计数(零状态为无效态)；在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换(换灯)。三、系统分析与设计3.1系统硬件结构框图根据系统要求,设计系统硬件结构框图如图所示。-4-图中秒信号发生器产生标准的秒信号。可预置计数器进行递减计数,根据置数控制电路的控制信号,计数的长短可作相应调整,计数完成后产生一个输出信号到状态控制电路,状态控制电路经过译码,驱动主干道和支干道的红、黄、绿三色灯作相应的状态变化。可预置计数器计数状态通过数码显示电路显示相应计数值。3.2系统工作流程图设主干道通行时间为N1,支干道通行时间为N2,主、支干道黄灯亮的时间均为N3,通常主干道车流量大,支干道车流量小,通行时间设置为N1N2N3。本设计中N1=35S，N2=25S，N3=5S。3.3各部分单元电路设计交通灯信号灯定时置数逻辑电路秒信号发生器计数器及数码显示电路状态控制及信号灯指示电路-5-3.3.1状态控制及信号灯指示电路①状态控制电路由流程图可见,系统有4种不同的工作状态(S0～S3),其中S0(主绿灯亮，支红灯亮)、S1(主黄灯闪烁，支红灯)、S2(主红灯亮，支绿灯亮)、S3(主红灯，支黄灯闪烁)。选用四位二进制递增计数器74163作状态控制电路,取低两位输出QB、QA作状态控制电路的输出。状态编码S0、S1、S2、S3分别为00、01、10、11。②信号灯指示电路该电路也称状态译码器。以状态控制电路的输出(QB、QA)作译码器的输入变量,根据4种不同通行状态对主、支干道信号灯的控制要求,列出如表所示的指示灯驱动函数真值表。经化简(可利用逻辑转换仪)得六个指示灯驱动函数:R=QBr=Q′B、Y=Q′BQAy=QBQA、G=Q′BQ′Ag=QBQ′A、AG′=（Q′BQ′A）′=G′、Ag′=（QBQ′A）′=g′、AY′=（Q′BQA+QBQA）′表指示灯驱动函数真值表控制器状态主干道支干道置数选通信号QBQAR(红)Y(黄)G(绿)x(红)y(黄)g(绿)AG′(N1)Ag′(N2)AY′(N3)S0S1S2S300110101001101001000110000010010011111011010根据指示灯驱动函数逻辑表达式,可画出信号灯指示电路。将状态控制电路、信号灯指示电路及模拟三色信号灯相连接,构成状态控制及信号灯指示电路如图所示。为了便于调试和简化系统总图,我们采用子电路图表示法,将虚线框内的-6-74163和组合逻辑电路放在一起定义为子电路KZDL。用子电路表示的控制及信号灯指示电路如图所示。双击KZDL后打开可以查看和修改电路。三色信号灯逻辑控制电路三色信号灯逻辑控制子电路3.3.2计数器及数码显示电路选用2片74190十进制可逆计数器构成两位十进制可预置数的递减计数器。为了便于控制,置数电路可根据需要改换。计数器及数码显示电路如图所示。2片计数器间采用异步级联方式,利用个位计数器的借位输出脉冲RCO’直接作为十位计数器的计数脉冲,接入十位计数器的CLK端;个位计数器直接接入秒脉冲信号。计数器的D1、C1、B1、A1和D0、C0、B0、A0分别为十位和个位的8421BCD码置数输入端,当则LOAD端’为低电平时,完成置数功能。由于计数器在零状态时RCO为’低电平,其它时间为高电平,故当个位计数器与十位计数器的RCO′均为低电平时可作为置数控制信号和指示电路控制信号(图中的ZS端),从而实现计数器减至“00”状态瞬间完成置数和指示灯转换。通过8421码置数输入端,可以选择100以内的数值,实现0～100s内自由选择的定时要求。为了简化系统,同样我们将图6虚线框内的电路定义为子电路JSDL,用子电路表示的计数器及数码显示电路如图所示。计数器及数码显示电路计数器及数码显示子电路-7-3.3.3信号灯定时置数逻辑电路为使系统简化,我们用同一计数器分时显示主、支干道通行时间(即主、支干道绿灯亮的时间)和主支干道通行转换中黄灯亮的时间,为此必须解决好分时置数问题。选用3片8路双向三态门74LS245作为预置数的存储单元来实现计数器分时置数控制电路如图所示。G7～G0为主干道绿灯置数端,g7～g0为支干道绿灯置数端,Y7～Y0为主支干道黄灯置数端;AG’,Ag’和AY’为3片74LS245选通端,由主干道绿灯、支干道绿灯和黄灯选通;D7～D0为按由高到低排列后的输出端,要接到计数器的置数输入端。工作时,3片74LS245只能有1片选通,其它两片输出均处于高阻态。在图8所示的信号灯定时置数逻辑电路中,将虚线框内的电路定义为SCDL电路。用子电路表示的信号灯定时置数逻辑电路如图所示。信号灯定时置数逻辑电路3.3.4秒信号发生器用555做秒信号发生器，如下图：-8-在仿真测试时秒信号发生器可由石英晶体多谐振荡器构成,为简化电路,直接选用1Hz的脉冲信号源代替秒信号发生器。-9-信号灯置数逻辑子电路交通信号灯自动指挥系统四、系统调试过程中出现的主要问题应实验要求，画出电路图，在实验软件multisim进行仿真。为简化电路和方便检查，在仿真实验中用频率为1Hz的秒脉冲信号源代替由555组成的秒信号发生器，用四脚数码管代替七段数码管。在multisim软件仿真中，注意灯的连接和进位输出的连接，在仿真过程中要注意观察灯的闪烁与数码管显示时间是否对应。经实验验证，该设计符合题目要求，为下一步实测做准备。实验电路图如下所示：-10-依照电路图组装器件。PCB原理图：-11-接入脉冲信号和电源，运行电路，发现信号灯与计时显示器不匹配的问题，检查电路各处，无其他差错（未发现电路接错和器件损坏的情况）。返回3.3.1分析原理。信号灯与计时显示器不匹配的原因：因为实际试验中接通电路，接入脉冲信号后，电路随机选取一个状态作为初始状态，当计数器电路出现某一状态时，信号灯定时置数逻辑电路在之前未得到相应的进位信号，输出的是上一个状态控制电路对应的置数，而三色信号灯逻辑电路已得到进位脉冲，控制灯变色（例如当三色信号灯逻辑电路在S0状态时，置数逻辑电路仍处在S3对应的状态），这就使得出现信号灯与计时显示器不匹配的问题。现对此问题进行改正，将置数选通信号置前一个状态，更改指示灯驱动函数真值表如下（红色的部分为更改部分），同时重新得到计数器的置数输入端的输入方程：AG′=（QBQA）′=y′、Ag′=（Q′BQA）′=Y′、AY′=（Q′BQ′A+QBQ′A）′=（G+g）′表指示灯驱动函数真值表控制器状态主干道支干道置数选通信号QBQAR(红)Y(黄)G(绿)x(红)y(黄)g(绿)AG′(N1)Ag′(N2)AY′(N3)S0S1S2S300110101001101001000110000010010111010110101重新连接电路板，接通电路，接入脉冲信号，达到设计要求，上述问题解决。-12-五、系统运行报告与结论在正确连接电路图后，接通电路，接入脉冲信号后,运行：S0状态：-13-S1状态：-14-S2状态：-15-S3状态：-16-六、总结在小学期的课程设计中，收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。在这短短的时间里，让我深深的感觉到自己在实际应用中所学专业知识的匮乏。以前总以为书本上的知识很简单，但做课程设计是才晓得根本不懂运用，从一开始根本不知从何下手，像思路什么都没有，不知道如何做一个计时显示器，这一切在最开始就是一片大雾，什么也看不见。最后我们从基本的地方入手，认真分工，认真分析结构，在老师的指导下终于画出了框图，仿真，最后再连接电路图，实测。我深刻的意识到，平时的学习学的只是书本上的一些皮毛，真的要求我们实际运用，真的是太困难了，在今后的学习中，我们还应该加强手头操作的能力，认真学习各个软件，熟悉各个原理与应用，加强我们对于专业知识上的“真正的”学习与理解我还学到了一个人的力量毕竟有限，但是团队的力量势不可挡，我们不能只靠自己，遇到不会的要多多求助同学，这次课程设计虽然结束了，但也留下了遗憾，因为由于各方面限制，并没有做到最好。通过这次课程设计的历练，相信以后我会更加努力，努力的去弥补自己的缺点，发展自己的优点，去充实自己，只有在了解了自己的长短之后，我们会更加珍惜拥有的，更加努力的去完善它，增进它。只有不断的测试自己，挑战自己，才能拥有更多的成功和快乐！七、参考资料1.《数字电子技术实验》——马楚仪——2005年9月2.《数字电子技术实验教程》——周晓霞——2008年07月-17-八、附录实验中用到的器件：1.74Ls163功能表及引脚图功能表引脚图：2.74Ls245简介：当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收）DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端1G和2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,E端-18-接地，保证数据线畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得RD和PSEN有效时，74LS245输入（P0.1←D1），其它时间处于输出（P0.1→D1）。