数字电子技术课程设计之交通灯控制系统.doc

数字电子技术课程设计之交通灯控制系统 专业班级：物联网112 指导教师：陈际 组 成 员：王海超、殷修修、张天一一、内容摘要二、设计内容与要求三、方案分析四、原理图设计 4、1信号灯控制器电路 4、2信号灯译码器电路 4、3计时器系统 4、4显示译码器 4、5 LED七段数码管 4、6 555振荡器组成的秒脉冲电路5、 整体电路图以及工作原理六、参考文献一、内容摘要电路通过两个D触发器组成的四进制级数器和由与非门组成的译码器来控制主干道和支干道红、绿、黄灯的状态变化，从而达到疏通车辆安全顺利通过十字路口，有555计时和电容电阻组成的秒脉冲发生器，计时器由两个74LS190计数器构成，分别用于计时的十位和个位，显示译码器把74LS190输出的BCD码译成七位二进制代码通过七段数码管显示出相应的十进制数。2、 设计内容与要求为了确保在十字路口车辆安全顺利的通过，在交叉路口设置红、绿、黄三种信号灯，红灯亮时禁止通行，绿灯亮时允许通行，黄灯亮时给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线外。 任务和要求：1、 在主干道和支干道之间交替放行，主干道每次放行50秒，支干道每次放行40秒。2、每次绿灯亮变红时，黄灯先亮4秒，而原红灯不变。3、用十进制数显示放行与等待时间。三、方案分析方案一、用数电电子技术来实现交通灯的控制1、交通灯控制系统原理框图如图1-1所示主要由控制器、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灯的控制信号，经驱动电路驱动信号灯工作，控制器是系统的主要成分，由它控制定时器和译码器工作。图1-1系统的原理框图（1）图中主干道绿灯亮，支干道红灯亮。表示主干道上的车辆允许通行，支干道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔时，控制器发出状态信号，转到下一工作状态。（2）主干道黄灯亮，支干道红灯亮。表示主干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，支干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔时，控制器发出状态转换信号T，转到下一工作状态。（3）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干道上的车辆允许通行，绿灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4）主干道红灯亮，支干道黄灯亮。表示主干道禁止通行，支干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。黄灯亮足规定的时间间隔时，控制器发出状态转换信号，系统又转换到第（1）种工作状态。方案二、使用单片机技术来实现交通灯的控制用单片机技术来实现交通灯的控制是很容易实现的，而且电路可靠性也很高，这里就不详细介绍了。四、原理图设计4.1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。十字路口车辆运行情况只有四种可能，实现这四个状态电路可以使用两个D触发器组成一个四进制计数器采用两片74LS74即可实现。74LS74功能表输入输出预置清零时钟数据QQ非PRECLRCLKD01 x x1010x x0100xxQ*Q*1111011001110xQ0Q0非D触发器的状态方程为Q*=Q非，load每输入一个时钟脉冲Q0的状态改变一次U7A将load输入的时钟脉冲二分频后送给U7B，即load每四个脉冲U7A和U7B的状态回到原来的状态，即四进制计数器。4、2信号灯驱动电路主、支干道上红黄绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态，他们之间的关系见真值表。对于信号灯的状态，1表示灯亮，0表示灯灭，列出信号灯的真值表：用发光二极管模拟信号灯的工作状态，根据逻辑函数表达式画出的电路图如图1.2所示。因为门电路带灌电流负载负载的能力强，故设计成门电路输出低电平时，相应的发光二极管亮。图1.24、3计时系统 74LS90具有可对8421BCD进行计数，可逆计数，有联级脉冲输出，可由送数控制进行异步置数，并行输出，可联级到n位应用等功能，所以可以用74LS190作为计时系统的计时器。计时系统由两片74LS190构成的计数器，74HC00和74HC04构成的置数，状态转换信号输出电路组成。如图1.3所示。两片74LS190组成两位十进制减法计数器，当计数器状态为零时，U5C输出信号load，作为置数控制信号，将置数译码器输出的数据送入计数器。load送入状态计数器74LS74，作为状态计数器的时钟脉冲。图1.34、4显示译码器 4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码-七段码译码器，特点：具有BCD转换，消隐和锁存控制，七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 4511是一片CMOS BCD锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图所示。其中a b c d为BCD码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。Bi为消隐功能端，低电平时使所有笔段消隐，正常显示时，bi端应加高电平。另外cd4511有拒绝伪码的特点，当输入数据超过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低调平时传输数据。ag是7段输出，可驱动LED数码管显示相应的十进制数字。4511接线图：4、6七段LED数码管数码管分为共阴极结构和共阳极结构如显示器共阳极连接，则对应阳极接高电平的字段发光;而显示器共阴极连接，则接低电平的字段发光。数码管的接线图4、7 555构成的秒脉冲电路555定时器内部含有一个基本RS触发器，配个电压比较器C1 C2，一个放点三极管T由三个5k的电阻分配器，555定时器因此而得名一个输出缓冲器G3.比较器c1的参考电压为2VCC/3加在同相输入端C2的参考电压为VCC/3加在反相输入端，两者均由分在器上取得。 多谐振荡器产生矩形波的自激振荡电路，由于矩形被包含和高次谐波成分，因此成为多谐振荡器。多谐振荡器也称无稳态触发器，他没有稳定状态，同时无需外加发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。用555实现多谐振需要外接电阻R1 、R2和电容C，并外接+5V的直流电源。只需在+Vcc端加上+5v的电源，就能在3脚产生周期性的方波，如图五 、整体电路图以及工作原理 由555组成的振荡器产生周期为一秒的时钟信号，送给计时器，计时器做减法计算，4511译码器把计时器输出的8421BCD码译成驱动数码管显示的七段二进制代码，使数码管显示相应的十进制数。当计时器减到0状态时，RCO1和RCO2分别输出一个低电平信号，通过非门和与非门，load输出一个低电平信号，置数译码电路输出的数据送入计时器，load在上升沿到来时，信号灯状态控制器的计数器加1，信号灯转到下一状态。计时器继续倒计时，如此循环下去。原理图仿真6、 参考文献1、 阎石数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社2、 康华光电子技术基础高等教育出版社3、 苗松池电子实习与课程设计中国电力出版社4、 彭介华电子技术课程设计指导高等教育出版社