交通灯控制电路的设计doc.docx
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交通灯控制电路的设计doc
交通灯控制电路的设计
一、课程设计的目的与要求:
1) 综合运用电子技术课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计
课题。
2) 通过查阅手册和文献资料,培养学生独立分析和解决实际问题的能
力。
3) 进一步熟悉常用学会电子电路的安装与调试技能。
4) 电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则。
5) 进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。
6) 学会撰写课程设计总结报告。
7) 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、设计任务和要求。
1)设计一个交通灯控制电路。
要求依次循环点亮红灯40S,绿灯 20S,
黄灯 10S。
2)红、绿灯亮时实现倒计时显示时间;黄灯亮时闪动显示。
3) 画出框图和逻辑电路图,写出设计报告。
扩展要求
1) 设计一主干道十字路口交通灯系统
2) 主干道:
绿灯(G2) 30S,黄灯(Y2)10S,红灯(R2)30S
3) 支干道:
红灯(R1) 40S,绿灯(G1)20S,黄灯(Y1)10S
4) 可用按键修改主支干道红、绿灯亮的时间
1
三、方案选择和论证
选用中小规模的集成芯片组成电路。
电路方案和论证分析:
1、脉冲源选用 1HZ 频率信号,由实验箱提供。
2、电路工作循环周期为 70S,且每个灯的工作时间均为 10 的倍数,主
干道红绿灯均为 30 秒,次干道上红灯 40S,绿灯 20S,黄灯 10S,故可以采
用十进制计数器就行,本设计我选用了 74LS192,使其构成降频器,从而将
1HZ 的脉冲源降为 0.1HZ。
该芯片具有异步清零、置数功能,CP 为上跳沿
触发。
3、循环控制电路的 CP 输入由 74LS192 芯片输出的 0.1HZ 的脉冲源提
供。
4 、将 74LS192 设计成为七进制计数器,其输出的七个计数状态跟
74LS138 译码器和门电路即可构成主干道及支干道的红绿黄灯的驱动电路。
5、倒计时电路脉冲仍由 1HZ 脉冲源提供,分为主干道和支道两部分倒
计时。
其主干道红绿灯均为 30 秒,故用一个 30 进制的计数器构成即可,故
可用两片 74LS192 构成十位上的倒计和个位上的倒计。
其倒计状态可由红
绿灯反馈信号控制,黄灯亮时反馈信号控制十位上的计数片清零即可。
次干
道的红灯为 40 秒,绿灯为 20 秒,同样其计数状态由各灯反馈信号控制即可。
2
四、原理方框图
1HZ 脉
冲源(由
实验箱
提供)
1H
Z
输
入
1HZ 输出 74LS19
2 构成的
降频电
路
主、支干道各灯
反馈信号控制倒
计时状态
0.1HZ 输出 循环控
制电路
(由七
进计数
器构成)
七 个
计 数
状 态
输出
倒 计 时 电
路,分为主、
支干道各灯
倒计时并将
每个倒计时
分为个位倒
和十位倒计
驱动电路 驱动
主、支干道各
灯发亮(由
74LS138 译码
器和门电路构
成)
主 干
道 显
示 管
次 干
道 显
示 管
五、单元电路的选择与设计
3
1、降频电路:
选用 74LS192 的集成十进制计数器构成降频器,利用它的进位端,从
进位端中输出的即为 0.1HZ 的降频信号。
电路图如下:
UP 为加计数的 CP 输入端,CO’为其对应的进位端,当计数器每计数
到十个脉冲就从进位端发出一个脉冲,这样就达到了降频的目的。
CLR 为
计数器的清零端,接高电平清零,为使整个电路同步工作,应使电路启动时
先进行清零,故各片集成片的 CLR 接在一起进行统一清零。
2、循环控制电路:
利用 74LS192 的置数功能,将其改为七进制计数器。
置数逻辑为:
LOAD = QΑ QΒ QC
预置数端:
A=B=C=D=0
4
电路图如下:
七个状态及主、次干道各灯亮的情况如下表:
1 代表灯亮、 代表灯灭)
七个输出状态
次干道
主干道
时间
QCQBQA红灯 L1
绿灯 L2
黄灯
红灯
绿灯
黄灯
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
3、驱动电路:
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由上表可知将 QC、QB、QA 输入 74LS138 译码器即可得:
QC、QA、
QB
译码输出
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0
Y0’ Y1’ Y2’ Y3’ Y4’ Y5’ Y6’
YN
因此由上两表可得各灯的逻辑表达式为:
次干道:
红灯 L1 = Y 0'+Y1'+Y 2'+Y 3' = Y 0 Y1 Y 2 Y 3
绿灯 L2 = Y 4'+Y 5' = Y 4 Y 5
黄灯 L3 = Y 6' 又黄灯亮时要闪动故可用 1HZ CP 与 Y6’相与即可。
因此 L3 = Y 6'CP
主干道:
红灯 L1' = Y 4'+Y 5'+Y 6' = Y 4 Y 5 Y 6
绿灯 L2' = Y 0'+Y1'+Y 2' = Y 0 Y1 Y 2
黄灯 L3' = Y 3'CP
电路图如下:
6
其中 QA QB QC 为循环控制电路的输出信号共七种组合状态。
4、倒计时电路:
倒计时电路分为主干道 红、绿、黄灯 倒计时和次干道 红、绿、黄灯倒
计时。
其 CP 信号为还未分频的 1HZ 信号提供,倒计时片工作启动状态由各
灯反馈信号控制。
红绿灯的倒计时又可分为十位倒计时和个位倒时,因为其
个位倒计时相同,所以可以共用一片。
黄灯亮时只要对十位倒计时片清零就
可以了。
A、个位倒计时电路:
(为了简便电路,共用个位倒计时电路,可减少电路
图的繁琐)
将 74LS192 接成倒计数即成为个位倒计时电路图如下:
为
其中 BO’ 倒计数时的进位端,为后面的主、次干道的十位倒计时电路提供
倒计脉冲。
B、主干道红、绿灯十位倒计时电路:
由于主干道红、绿灯倒计时均为 30S,故两者可共用一片由 74LS192 置数为
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三进制倒计数的十位倒计时电路。
置数逻辑为:
LOAD = QA QD ;预置数端:
D=0;C=0;B=1;A=0(即
将 1001 置为 0010)
电路图如下:
其中清零端经或门分成两路,一路接主干道黄灯,当黄灯亮时为高电平,对
其清零。
当黄灯灭时,正常倒计数。
另一路接共用的手动清零开关,用于启
动时或需要时清零。
C、支干道十位倒计时电路:
由于支干道红灯为 40S,绿灯为 20S,故支干道十位倒计数要分为两各情况:
当红灯亮时十位倒计数为四进制,只需将 1001 置数为 0011 即可,
置数逻辑同上; 预置数端为 D=0 C=0 B=1 A=1;
当绿灯亮时十位倒计数为二进制,只需将 1001 置数为 0001 即可,
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置数逻辑同上; 预置数端为 D=0 C=0 B=0 A=1;
比较两者的预置数端可见 A 端均为高电平,而当红灯亮时 B 端为高电平,
灭时(此时绿灯亮)为低电平。
故预置数端 B 可用红灯信号控制即可现实
两灯的不同倒计状态。
同理,黄灯亮是对其清零即可。
电路图如下:
其中清零端经或门分成两路,一路接次干道黄灯,当黄灯亮时为高电平,对
其清零。
当黄灯灭时,正常倒计数。
另一路接共用的手动清零开关,用于启
动时或需要时清零。
六、总电路图:
9
按单元电路联接成总电路如下:
电路图上半部为降频电路和倒计时电路 ,下半部为循环控制电路和驱动
电路。
其中上半部的第一片 74192 为降频电路,每二片为各灯共用的个位倒计
时电路;第三片 74192 为主干道红、绿灯十位倒计时电路。
第四片为支道红、
绿灯十位倒计时电路。
下半部的第一片 74192 为循环控制电路,接在后面的为 74138 译码器和
门电路构成的驱动电路。
电路中的右下角的开关为手动清零开关。
用于启动是或需要是进行手动
清零。
七、电路调试:
电路在 EWB 仿真软件中,启动时需要手动对其清零。
在实验室中,先用 MAXPLUS 软件进行编译和仿真,编译过程正常后,
下载到 PLD 芯片,进行实物调试,其波形仿真出现微小的延时现象,其延
时为几纳秒到几百纳秒,相对于 1HZ 的信号来说,这样的延时对电路的正
常工作不会有影响。
至于冒险问题对波形影响不大,也可以忽略。
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其仿真波形如下:
八、设计总结:
通过本电路的设计,我更加清楚了课本知识的重要,在设计过程中,因
为本人对一些知识掌握得不够扎实,所以不能很好地选择到合适的芯片,后
来经过复习,才发现 74LS192 芯片是最适合的,将其应用到设计中,很快
就达到了我想要的效果,若用芯片 74161,通过同步置数异步清零也可以达
到要求,但是不够 74192 方便。
当然事先准备工作是少不了的,在仿真之前,本人在宿舍就已经设计好
了电路图,通过更改修正,然后在实验室仿真,找出其中的不足,从而进一
步完善,由于事先准备充分,设计进行比较顺利,同时通过书本的帮助,解
决了设计中出现的问题,圆满完成了设计。
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