交通灯数电课程设计报告.docx
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1、电子技术课程设计报告题 目简易交通信号灯控制器学院(部)_专 业班 级.学生姓名_学 号._6_月18日至 6月 22 日共周指导教师(签字)i摘要交通运输是国家经济发展的动力,日常出行也是我们生活中不可或缺的一部分。在确保十字路口的交通秩序工作中,信号灯扮演了极其重要的角色。交通信号控制系统是用来自动控制十字路口红黄绿三色的电子系统。交通灯简易交通信号灯控制器利用555 秒脉冲发生器提供秒脉冲CP 信号, 为计数器提供工作频率。计数器由两块74LS190 级联构成八位二进制,实现倒计数;显示电路由两个十六进制数码管构成,可以显示00-99 之间的数字;控制电路由74LS161 构成的循环电路
2、控制三种灯的开关;置数电路由相应数量的74LS465 与 74LS138 译码器构成置位电路使得主干道在 45-0 秒为绿灯,5-0 秒时为黄灯,30-0 秒时为红灯,相应的次干道与主干道相配合,在 50-0 秒时为红灯,在25-0 秒时为绿灯,在5-0 秒时为黄灯,通过共用CP 脉冲,实现对主干道与支干道交通信号灯的联合控制。关键字根据设计原理,系统的关键字有以下几个:交通信号灯秒脉冲 递减计数分时置数控制器目录1.课题名称以及设计要求,41.1 课题名称,41.2 设计要求,42.系统概述,42.1 总体方案的选择,42.2 系统总体结构框架,52.3 系统基本工作原理,63.单元电路设计
3、与分析,73.1 秒脉冲发生器单元,73.2 倒计数以及显示单元,83.3 信号灯控制单元,93.4 顺序定时置数置数单元,103.5 黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元,124.系统仿真,134 1 仿真说明,134.2 仿真示意图,145.系统综述以及总体电路图,155.1 系统综述,155.2 总体电路图,176.结束语,187.元件明细表,187.1 元件明细列表,187.2 元件说明,198.参考文献,199.收获体会与总结,209.1 收 获体会,209.2 问题反思以及对未来交通信号控制的思考,2010. 鸣谢 ,21课题名称以及设计要求10.1 课题名称简易交通灯信号控制器10.2 设计
4、要求简易交通信号灯控制,主要实现功能如下:1. 定周控制:主干道绿灯45 秒,支干道绿灯25 秒;2. 每次由绿灯变为红灯时,应有5 秒黄灯亮作为过渡;3. 分别用红、黄、绿色发光二级管表示信号灯;4. 设计计时显示电路。功能扩展:1. 黄灯亮的时候伴随黄灯闪灯和蜂鸣提示;2. 考虑到主干道与次干道车流量的变化,为了人性化的控制交通信号灯,可以自由设定主干道和次干道各个信号灯的亮变时间,在0-99 范围内变化。系统概述2.1 总体方案的选择经过我们上网查资料以及在图书馆借阅相关的领域知识,我们得出以下三种可以实现本次课设目的的方案,方案如下:方案一:由主控制电路和秒脉冲发生器组成,其中主控制电
5、路包括:主控制器、清零装置、驱动装置、信号灯装置及一些逻辑门。主控制器中采用两块74LS290 二 -五 -十进制来实现八十进制计数器。秒脉冲发生器由555 秒脉冲发生器负责提供脉冲信号。接通电源瞬间,清零装置将主控制器清零,紧接着,主干道绿灯和支干道红灯打开,其余主、支道灯关闭。秒脉冲传送到控制器,主控制电路在45s 到, 50s 到, 75s到, 80s 到分别产生翻转信号,从而改变主、支道绿、黄、红灯的开闭持续时间,继而实现交通信号灯控制。方案二: 由定时器NE555 构成的多谐振荡器产生秒脉冲,两块 74LS192 芯片级联成 61 进制倒计时器,计时器输出的数据通过两块74LS48
6、译码器和两块七段数码管显示出来。由倒计时器与逻辑门构成定时器,在每隔 55 秒或 5 秒输出一个脉冲,触发状态控制器工作。状态控制器控制着信号灯的转换。4方案三:主要有秒脉冲产生模块,倒计时模块,控制信号灯模块,定时置数模块构成。秒脉冲产生模块采用555定时器构成的多谢震荡器产生周期为一秒的脉冲,提供给计数器工作,达到计时的目的;倒计时模块采用两片74LS190级联构成一个倒计时计数的电路,通过使用来自秒脉冲的CP脉冲以及定时置数模块的置数功能,来完成倒计时并且实时显示在 LED数码显示器上;控制信号灯模块,接收来自计数模块倒计时为零时的信号,通过74LS161的循环计数功能,配合相应的门电路
7、完成三种信号灯之间的交替亮灭;顺序置数模块采用三片 74LS465以及74LS138译码器组成,接收信号灯亮灭的 信号来实现对计数器的置数。方案三的思路比较清晰,里面的元器件自己在课堂上都比较熟悉,而且有很大的发挥空间,可以增加一些比较华丽的功能模块,综合以上,我们最终选择了方案三来作为我们本次系统设计的最终方案。2.2 系统总体结构框架简易交通信号灯控制系统主要有以下几个重要的模块够构成:1.秒脉冲产生模块2.倒计时及显示模块,3.信号灯控制模块,4.顺序置数模块,5.功能扩展模块(黄灯闪 烁以及蜂鸣报警);本系统的总体结构框架如下图所示:图2.1系统的总体结构框架图2.3系统基本工作原理本
8、系统采用主干道和支干道分开实现功能,但又相互配合的思路,用时间的相关性将主干道与支干道的信号灯的亮灭相联系起来。根据系统的要求:主干道绿灯 45秒,支干道绿灯25秒;每次由绿灯变为红灯时,应有5秒黄灯亮作为过渡;则其时间循环图如下所示:主干道循环时间图2.2主干道时间循环图支干道循环时间图2.3支干道时间循环图对于其中一条干道,系统的工作流程图如下所示:提供倒计时到零的信号顺序置数对计数器置数秒脉冲产生秒脉冲信号提供三种预置数图2.4系统工作信号流程图系统工作原理如下:初始状态,对于主干道,计数器预置数45秒,在CP脉冲的作用下开始进行倒计时,当倒计数至零时,可以对信号灯控制电路产生一个上升沿
9、的单 脉冲,该脉冲将作为 74LS161的脉冲输入,完成一次计数,实现对绿灯,黄灯和红灯的 亮灭的控制,此时红灯亮,当三种信号灯完成一次状态变化时,将变化的信号传送给 74LS138译码器,由该译码器选中相应的74LS465预置的倒计时数,并将该倒计数置给计数器74LS190,完成一次工作循环,然后是 5秒的黄灯,最后是30秒的红灯。对于支 干道而言,循环时间是 50秒,25秒,5秒,其具体的循环过程与主干道一致。三.单元电路设计与分析3.1 秒脉冲发生电路秒脉冲发生电路是该系统的时间动力,提供计数器的工作时钟频率,从而完成倒计数模块信号传递。秒脉冲发生电路时由 555定时器构成的多谐振荡器。
10、因为控制系统是以秒作为单位,所以用秒脉冲发生器且对信号的精度要求不高, 故选用555定时器构成。其工作原理图如 下所示:产生CP秒脉 冲555 TIMER RATEDJU: J. ,B1S,-即-& *TRI, n « r- -GUT - 10nF.图3.5 555秒脉冲发生器555定时器周期计算:Ti= (R1 + R2) Cln2=0.7(Ri + R2)CT2=R2Cln2=0.7R2cT=Ti+T2=(Ri+2R2)Cln2=0.7(Ri+2R2)C555定时器组成的秒脉冲 Cp的周期为1s,即T=1 ,所以可设置参数Ri= 57.72kR2=28.86kC=10uF
11、Cf=10uF说明:在电路仿真的过程中, 为了保证仿真的准确性,该模块产生的脉冲信号可以由信号发生器来代替。3.2 倒计数以及显示单元十字路口要有数字显示作为倒计时提示,以便人们更直接准确地把握时间。具体工作方式为:当某方向绿灯亮时,置显示器为某值,然后以每秒减1计数方式工作,直到减到数为“0”,产生一个标志信号,控制十字路口绿、黄、红变换,一次工作循环结束,进入 下一个某方向的工作循环。倒计时的显示由四输入的DCD HEX数码显示,显示计数器的输出值。有多种减法计数器可供选择,例如74190, 74191, 74192, 74193等等。在这里,计数器我们选用集成电路 74190进行设计,是
12、比较简便的。通过两种接线我们来实现倒计时计数器,74190是十进制同步可逆计数器,它具有异步并行置数功能,保持功能。74190没有专用的清零输入端,但可以借助Qa、Qb、Qc、Qd的输入数据间接清零功能。功能表如下:CTOU/D'CPCTCT74LS10O>LD Do Bi D2 Ds1IRCCO/EOLDBQbCTED/UOC Qd GN 口表31 74190的功能表CTEND/UCLKLOADA B C DQa Qb Qc QdXXX0M M M MA B C D011X X X X减计数001M M M M加计数1XX1M M M M0 0 0 0图3.6 74LS190的
13、管脚图要实现45s/25s/5s的倒计时,需要选用两个74190芯片级联成一个从 99倒计到00的计 数器。两片计数器之间采用异步级联的方式,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(CLK ),个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数的显示。Di、Ci、Bi、A和Do、Co、Bo、A。是十位和个位计数器的 8421BCD码置数输入端。由74LS190的功能表可知,该计数器在零 状态时RCO'端通过或门控制两片计数器的控制端LOAD (低电平有效),从而实现了计数器减计数至“ 00”状态瞬间完成置数的要求。通过 8
14、421BCD码置数输入端,可以选择100以内的数值,实现 0100秒内自由选择的定时要求。其电路连接图如下所示:DCO_HMGE. CMCO_M EM_OFmiN G EueA 7 AL图3.7倒计数以及显示单元电路图分析:每当该模块的计数到 01时候,通过或非门的连接可以得出以下的输出信号:即,未倒计数至01时信号输出低电平, 当计数至01时,产生高电平,由此过程产生一个上升沿的单脉冲,该脉冲传送至下个模块:信号灯控制芯片:74LS161,作为该芯片的工作时钟。3.3 信号灯控制单元信号灯控制模块,当相应的倒计时到00时,完成信号灯的转换,用于标示交通路口的通行状态。本模块采用74LS161
15、芯片,配合相应的门电路完成三种信号灯的轮流转换。在本系统中,通过反馈清零法,使该计数器工作在 0000-00010010三个状态循环每次接收到来自倒计数的一个脉冲,该计数器进行一次计数。G (1,0)=绿灯(亮,灭),丫(1,0)二黄灯(亮,灭),R (1,0)=红灯(亮,灭); 则其相应的表达式为:对于主干道:G (0) =QA+QB ; Y (1) =QA; R (1) =QB;对于次干道:R (0) =QA+QB ; G (1) =QA ; Y (1) =QB;其中,74LS161真值表如下表3-2所示:表3-2 74160的功能表CPRDLDEPETABCDQaQbQcQdX0XXXX
16、 X X X0 0 0 0上升沿10XXA B C DABCDX110XX X X X保持X11X0X X X X保持下降沿1111X X X X加计数说明:该模块接受的信号来自倒计时计数电路的上升沿脉冲,传出的信号000-001-010三个信号,传送至定时预置数模块。则该模块的电路图如下所示:Xy,- 3C21 '3C1I:2.5 V 2,5 V 2.5 V : t t t r r r a r a r n n i h n - - 4D01BD :5V:图3.8信号灯控制单元3.4 顺序定时置数单元因为数码管每次显示的时间是从不同时间基点开始的(主干道45、5、30,支干道50、25、
17、5),所以必须要有一个顺序定时置数单元,来控制当某一个数码管显示“0”后,下一步要从哪个数字开始倒计时。在这里可以选择74465来实现这一功能。每个干道选用三片 74465组成按顺序定时置数的控制电路,三片74465输入端分别以8421BCD码的形式由按键设定主、支干道的通行时间和黄灯亮的时间。输出端按照高、低位对应关系并联并按照 Y8Y1由高到低排列后,接到倒计时计数器的置数输入端。三片74465的选通控制端分别有对应状态的上一状态选通(低电平有效),从而完成对倒计时计数器的预置数。每一组的三片74465中任何时刻只能有一片选通,其他两片输出端均处于高阻态。这样就完成了顺序定时置数的功能。其
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