交通灯控制电路设计实验(实验报告)

学号2014012417东北师范大学2015——2016学年学年小论文题目：交通灯设计实验报告学院、系物理学院专业名称电气及其自动化年级2014级学生姓名伍敏2016年11月1日评定等级一．设计背景如今，红绿灯成为管制交通的最有效的手段之一。作为疏导交通必不可少的工具，已经出现在各个交通路口。红绿灯的出现有效的减少了交通事故的发生，提高了道路的畅通性。因此，为了巩固对课堂知识的理解，更进一步了解单片机结构与功能，加强自己的动手实践能力，本人决定用单片机来实现简单模拟交通灯的设计。二．设计功能1.东西方向车道和南北方向车道上车辆交替运行。2.路口数码管按秒倒计时显示数字作为提醒。3.红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示允许通行。4.数码管显示时间共用，按秒倒计时显示数字作为提醒。5.黄灯时间和绿灯时间可以进行更改，红灯时间默认为两个时间相加。三．所需元件1.74ls1922.74ls2453.741384.7486四异或门5.7474双D触发器6.发光二极管12个（红黄绿各3个）7.电容电阻若干8.晶振9.导线若干南东n西n北交通路口示意图主干道四．实验设计部分设计思路五．单元设计电路１．秒信号发生器：本来想选用555定时器实现秒信号产生的额基本功能，因为在课上接触到的比较熟悉，但是由于某些原因，不让使用555定时器，只能够想用32768晶振和CD4060搭配，通过分频实现秒信号发生的功能，而且由于555定时器受到的外界因素影响较大，使用晶振产生的秒信号会更加的稳定。状态译码电路输出电路状态产生电路时间倒计时电路时间预置电路南北方向计时东西方向计时秒信号产生电路２.时间预置电路：74LS245：同相三态双向总线收发器，通过G端口的选择，可以选择由A向B发送数据或者是由B向Ａ发送数据。每个芯片有着八个开关，前四个开关控制的计时的个位数据，后四个开关控制的计时的十位预置数据。而预置数据具体选择的是哪一个芯片上的数据由Ｇ控制，任何时刻两个芯片只有其中的一个能正常传输数据，而另一个不能传输。一个控制黄灯的预置时间，一个控制绿灯的预置时间，而红灯的时间是默认为黄灯时间加上绿灯的时间。如此便成功的实现了随时控制黄绿灯的时间。３.计数器电路：74LS192：该电路中选用两个该芯片控制数码管的显示，一个控制个，一个控制十位，芯片里的ABCD为预置数，但没有明确是预置什么数，数字由之前的同相三态双向总线收发器传输过来，如此实现更改预置时间的功能。使用的是减数功能，触发源接DOWN，同时UP必须接上电源电压，BO为借位输出，接上另一个的DOWN，实现两位数的减法计数功能。整个计数采用的是反馈置数法，当借位为10011001时通过四与非门接入LOAd，从而置数。本实验使用的实验箱中数码管自带译码功能，输出的QaQbQcQd直接接上数码管。六．控制电路甲绿灯亮,乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行,乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时控制器发出状态信号ST转到下一工作状态。（2）乙车道黄灯亮乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行已过停车线的车辆继续通行乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时控制器发出状态转换信号ST转到下一工作状态。（3）甲车道红灯亮乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TLST转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止同行，乙车道上未位过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时控制器发出状态转换信号ST系统又转换到第1种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表1便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定控制状态和信号灯状态下，车道的运行状态：S000甲车道通行、乙车道禁止通行S101甲车道缓行、乙车道禁止通行S311甲车道禁止通行、乙车道通行S210甲车道禁止通行、乙车道缓行控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号：AG=1：甲车道绿灯亮;BG=1:乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮；５.状态控制电路：两个７４７４双Ｄ触发器组成，其中Ｑ１Ｑ２会通过数据选择器选择以上的四种状态之一，进而控制红绿灯的亮灭和计时器的倒数计时。其中计算后的电路如右图所示，采用同步时钟计数器，ＣＬＲ为时钟端，７４ＬＳ８６为异或门。６.状态译码电路：７４ＬＳ１３８:３－８线译码器如右图所示，状态产生电路的输出端接入右图的数据选择器中，其中Ｑ１Ｑ２为三位数据地址的低二位，最高位接地，表示００,０１,１０,１１四个状态，并且会不断循环重复。其中一个译码器的输出电路为控制两条道路红灯的亮灭，另一个译码器的输出电路控制两条道路黄绿灯的亮灭，并且两种情况控制黄灯预置数输入有效，其他两种情况控制绿灯预置数输入有效。另外，由于选择器的输出是相反的，还需要一个反相器也就是非门进行转换从而使ＬＥＤ灯亮。七．总电路设计图分析总结组装电路之前一定要确保设计的电路图完全正确，尤其是必需得做好实验的仿真，这样才能在检查组装的电路时不用考虑太多，更加方便的找出错误。实验组装过程中一定要保证每根线都插好，接触正常，最好是出现了现象的版块优先做，这样就可以一步一步的边做边检查错误，不然出现的错误十分难找。连电路的时候最好是一块一块的组装，每连好一块就检查是否正常工作。这样可以很节省时间，避免到最后无从下手。总之，组装电路的时候应该很小心，尽量做好每项工作，避免粗心造成的错误最重要。在实验过程中的后半部分，由于现象从最开始就没有十分正确，一步步的做到了最后的时候，线路已经十分之多了，这个时候检查错误不出，导致最后的实验实际上并不成功，有些遗憾。但本次数电设计实验无论是软件仿真还是线路连接都给了我很大的启发，过程中也积累了相当多的经验。从这一点上来说，还是很有收获的。参考文献[1]康华光,《电子设计基础数字部分》，高等教育出版社