通信工程数字电路课程设计交通灯毕业论文Word格式文档下载.docx
- 文档编号:19343109
- 上传时间:2023-01-05
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:439.58KB
通信工程数字电路课程设计交通灯毕业论文Word格式文档下载.docx
《通信工程数字电路课程设计交通灯毕业论文Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《通信工程数字电路课程设计交通灯毕业论文Word格式文档下载.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
四、进度安排
第一天:
介绍所用仿真软件;
布置任务,明确课程设计的完整功能和要求。
第二天:
消化课题,掌握设计要求,明确设计系统的全部功能,图书馆查阅资料。
第三天:
确定总体设计方案,画出系统的原理框图。
第四天:
绘制单元电路并对单元电路进行仿真。
第五天:
分析电路,对原设计电路不断修改,获得最佳设计方案。
第六天:
完成整体设计并仿真验证。
第七天:
对课程设计进行现场运行检查并提问,给出实践操作成绩。
第八天:
完成实践报告的撰写
五、成绩评定
课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定,最终考核成绩由四部分组成:
1、理论设计方案,演示所设计成果,总成绩40%;
2、设计报告,占总成绩30%;
3、回答教师所提出的问题,占总成绩20%;
4、考勤情况,占总成绩10%;
无故旷课一次,平时成绩减半;
无故旷课两次平时成绩为0分,无故旷课三
次总成绩为0分。
迟到20分钟按旷课处理。
前言
现如今,随着人口和汽车的日益增长,城市交通日益拥挤,人们的安全问题也日益重要。
因此,红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。
交通信号灯常用于十字路口,用来控制车的流量,提高交叉口车辆的通行能力,减少交通事故。
有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。
自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进,设计方法也开始多种多样,从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。
尤其是近几年来,随着电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大的改进,电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。
本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
因此,在本次课程设计里,将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。
本实验设计目的是培养数字电路的能力,掌握交通信号灯控制电路的设计方法。
1、总体设计思路、基本原理和框图
1.1设计思路
根据设计任务与要求,系统由秒脉冲信号发生器、计数器、控制器、信号灯显示器四大部分组成。
其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号,通过定时器向控制器发出两种定时信号,使相应的发光二极管发光。
计数器在控制器的控制下,改变交通灯信号,产生倒计时时间显示,控制器根据计数器的信号,进行状态间的转换,使显示器的显示发生相应转变。
根据所学知识,秒脉冲信号发生器可由555定时器构成多谐振荡器实现,计数器可由74LS192实现,控制器可由D触发器实现。
1.2设计原理和功能
甲车道和乙车道的十字路口交通灯系统,每条道路设一组信号灯,每组信号灯由红、黄、绿3个灯组成,绿灯表示允许车辆通行,红灯表示禁止通行,黄灯为过渡灯,表示该车道上已过停车线的车辆继续通行,未过停车线的车辆禁止通行。
图1.1
1.2.1基本功能
1.东西方向和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为35s。
2.在绿灯转为红灯时,黄灯先亮5s,才能变换运行车道。
3.黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。
4.东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示。
1.3总体设计框图
图1..3总设计框图
2、单元电路设计
2.1各芯片的用法和功能
2.1.1555定时器
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3,C2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器C2的输出为0,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则C1的输出为0,C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为0电平。
它的各个引脚功能如下:
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
2脚:
低触发端
3脚:
输出端Vo
4脚:
是直接清零端。
当此端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:
VC为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
6脚:
TH高触发端。
7脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
8脚:
外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,
555定时器的功能表如表所示
清零端
高触发端TH
Q
放电管T
功能
×
导通
直接清零
1
x
保持上一状态
截止
置1
清零
表2.1.1
图2.1.1
2.1.274LS138
74LS138为3线-8线译码器,共有54LS138和74LS138两种线路结构型式。
工作原理
1.当一个选通端(E1)为高电平,另两个选通端((/E2))和/(E3))为低电平时,可将地址端(A0、A1、A2)的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。
比如:
A2A1A0=110时,则Y6输出端输出低电平信号。
2.利用E1、E2和E3可级联扩展成24线译码器;
若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。
3.若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138还可作数据分配器。
4.可用在8086的译码电路中,扩展内存。
引脚功能如图
图2.1.2
A0~A2:
地址输入端
STA(E1):
选通端
/STB(/E2)、/STC(/E3):
选通端(低电平有效)
/Y0~/Y7:
输出端(低电平有效)
VCC:
电源正
GND:
地
真值表如表
输入
输出
STA
/STB
/STC
A2
A1
A0
/Y0
/Y1
/Y2
/Y3
/Y4
/Y5
/Y6
/Y7
H
L
表.1.2
2.1.374LS192
具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如图6所示。
其中PL为置数端,CPu为加计数端,CPd为减计数端,TCu为非同步进位输出端,TCd为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,MR为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
图2.1.374LS192的引脚图及逻辑符号
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端,异步预置。
CR为复位输入端,高电平有效,异步清除。
CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出
BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
其功能表如下:
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
0
d
c
b
a
加计数
减计数
表2.1.374LS192的功能表
2.1.474LS153
所谓双4选1数据选择器就是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。
其引脚排列及逻辑符号如下所示:
图2.1.4
1G、2G为两个独立的使能端;
B、A为公用的地址输入端;
1C0~1C3和2C0~2C3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端;
Y1、Y2为两个输出端。
1.当使能端1G(2G)=1时,多路开关被禁止,无输出,Y=0。
2.当使能端1G(2G)=0时,多路开关正常工作,根据地址码B、A的状态,将相应的数据C0~C3送到输出端Y。
BA=00则选择CO数据到输出端,即Y=C0。
BA=01则选择C1数据到输出端,即Y=C1,其余类推。
选择输入
数据输出
选通输入
B
A
C0
C1
C2
C3
G
Y
表2.1.4
2.2单元模块
2.2.1秒脉冲信号发生器
本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。
因为该电路的输出脉冲的周期T≈0.7(R1+2R2)·
C,若T=1s,令C3=390μf,R7=50KΩ,那么R2≈44.2KΩ。
其它参数为:
C4=10nF。
如图3所示。
2.2.2计时器
这里是采用两片74192两片芯片构成4和10进制计数器,控制个位数字的74192的减计数控制端接1HZ的脉冲输入,控制十位数字的74LS192的减计数控制端接在控制个位数字的74192的借位端,这样控制个位数字的74192减至0时借位端产生一个负脉冲输入至控制十位数字的74LS192,使十位减一。
两个74192的的置位端分别接开关,这样可以实现任意置数,输出端接四输入LED显示屏,显示减计数。
将两个192的Qd与非接至置数端,当两个192都减计数完毕时两段共同置数。
图2.2.2
2.2.3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。
从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如图5所示。
输入
现态
状态转换条件
次态
Q1nQ0n
TLTY
Q1n+1Q0n+1
00
01
11
10
0X
1X
X0
X1
表2.2.3控制器的状态转换表
根据表2,写出状态方程和状态转换信号方程为:
根据Q1和Q0的函数特点,可以用四选一数据选择器和D触发器实现,设A1A0=Q1nQ0n,其他变量通过数据输入端输入。
数据选择器用74LS153,触发器用74LS74。
设计中将触发器的输出看作逻辑变量,将TL、
TS看作输入信号,按照由数据选择器实现逻辑函数的方法实现以上三个逻辑函数,并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端,数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。
就可得到控制器的原理图,触发器的时钟输入端输入秒脉冲。
图2.2.3
2.2.4信号灯显示器
可以列出甲乙车道信号灯的状态表如图
表2.2.4
得出信号灯的状态方程
甲车道:
AG=Q1’*Q0’AY=Q1’*Q0AR=Q1
乙车道:
BG=Q1*Q0BY=Q1*Q0’BR=Q1’
可以用4线-16线译码器74LS138实现,由于74138输出的是低电平有效,所以要使输出信号反转。
由于黄灯要求每秒闪一下,所以将控制黄灯的信号与秒脉冲信号发生器接在一起。
图2.2.4
2.2.5总电路图
图2.2.5
3、电路仿真调试
4、3.1计数器的仿真
图3.1
按照设计要求从40s开始倒计时,所以按下J3开关,将减计数器置位到40,随后在秒脉冲信号的作用下计数器每秒减一,直到减至00,再次指数到40,减至00,不断循环。
3.2控制显示器的仿真
用4线-16线译码器74LS138实现,由于74138输出的是低电平有效,所以要使输出信号反转。
图3.2(a)
刚开始IO1,IO2端输入0,0,触发器现态次态均为00,显示为绿灯红灯,
图3.2(b)
随后,35s后,计数器给控制器TL=1的输入,次态变为01,绿灯变为黄灯闪烁
图3.2(c)
5s过后,计数器给控制器Ty=1的输入,状态变为11,黄灯变红灯,红灯变绿灯
图3.2(d)
35s过后,计数器给控制器TL=1的输入,绿灯变黄灯闪烁,随后5s过后,黄灯变成红灯,红灯变成绿灯,一个循环结束。
4、故障分析与电路改进
4.1故障分析和解决
图4.1
原本计时器我是这样设计的,IO3端为计时器给控制器的的输入TY,TY与置位端连在一起,意为两个减计数器减为00时发出一个正脉冲,可是我发现当我将减计数器连至总电路图时,TY相当于没有输入1,我猜想可能这只是正脉冲,信号很短,所以我做了改进。
4.2电路改进
图4.2(a)
我将两个减计数输出端或非作为TY信号,这样当减计数为00时,给予一个高电平信号,这样电路得到了有效的改正和优化。
另外我加了三组显示屏,这样更加贴近实际的使用情况。
图4.2(b)
5、总结
我的交通灯课程设计分为四个状态,分别为甲绿乙红,甲黄乙红,甲红乙绿,甲红乙黄四个状态,分为秒脉冲信号发生器,控制器,计时器,信号灯显示器四个模块,可整合成可调计时器和控制显示器两个子电路图。
秒脉冲信号发生器主要由555定时器组成的多谐振荡器构成,提供1Hz的秒脉冲信号。
计时器由两个74LS192计数器构成四十进制减计数器,计数器可随意置位,由秒脉冲函数发生器提供秒脉冲按秒减计数,每次减计数到05时,减计数会给控制器提供一个TL=1的输入,每次减计数到00的时候,计数器会给控制器Ty=1的输入,这样控制状态的转换。
控制器由一个74LS153数据选择器和两个74LS74ND触发器组成,控制器是交通灯的核心,控制各个状态之间的转换和交通信号灯的转换,74LS74N由秒脉冲信号发生器提供秒脉冲,接收计时器TL35秒倒计时信号和TY5秒倒计时信号的输出。
信号灯显示器由74LS138译码器组成,译码器根据状态Q1,Q0的不同输出不同的值,从而控制不同信号灯的亮灭。
6、心得体会
经过两周的努力,我终于完成关于交通灯控制电路的电子课程设计,通过两周不断的查资料让我积累了许多实际操作经验,已初步掌握了数电的应用技术,以及数字电路的知识和有关器件的应用,我深刻体会到了数子电路技术对当今现代社会的重要作用。
经过这次设计,我学会了许多东西,学会了严密的思考,构想及怎样把计划付诸于实际行动之中。
同时与社会的不断高速发展的步伐相比,我认识到自己所学的知识和技能还远远不足,有些实际性的问题还不能够解决,缺少很多有实际运用价值的知识储备,缺乏应有的动手解决实际问题的能力,缺乏些高效利用及筛选大量资料的能力,缺乏资源共享及应有的团队合作精神,有待进一步提高,我应当学好自己的专业知识以适应不断发展的社会。
在这次课程设计中,我学会了如何有效的利用网络资源及图书馆的藏书,找到了几个很不错的专业网站,为以后的查阅专业方面的信息和相互之间的交流打下了坚实的基础,学会了如何看电路图,识别电路图,提高了自己的专业技能,同时也培养了自己独立解决实际问题的能力,也培养了自己认真和严谨的科学态度,收到了很大的启发,为以后的工作积累了些宝贵的经验。
7、元件清单
NE555
1个
电容10nF
74LS153
2个
固定电阻44.2K
74LS192
电容390nF
74LS74N
开关
8个
74LS138
LED数码显示管
固定电阻50K
74LS00N
8、参考文献
[1]《数字逻辑电路试验及课程设计指导书》自编
[2]王连英,《基于Multisim10的电子仿真实验与设计》,北京邮电大学出版社,2010.2:
345-368
[3]康华光,《电子技术基础——数字部分》,高等教育出版社,2012.3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通信工程 数字电路 课程设计 交通灯 毕业论文