交通灯控制电数电题设计电信专业418Word下载.docx
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2.2.2交通灯控制器-------------------------------------------------6
2.2.3显示控制部分-------------------------------------------------7
2.2.4手动/自动控制,夜间控制--------------------------------------8
3、分模块设计与分析----------------------------------------------------8
3.1秒脉冲和分频器---------------------------------------------------8
3.2单次手动/自动控制脉冲电路---------------------------------------11
3.3控制器部分------------------------------------------------------11
3.4数字显示部分----------------------------------------------------12
4、整体电路-----------------------------------------------------------12
5、所用元器件---------------------------------------------------------13
6、设计总结-----------------------------------------------------------14
主要参考文献----------------------------------------------------------15
绪论
伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量在不断的增加,交通的问题日益突出,单单依靠人力来指挥交通已经不可行了,所以,设计交通灯来完成这个需求就显的越加迫切了.为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过,往往采用电子控制的交通信号来进行指挥。
交通信号灯作为一个用来指挥车辆顺利、畅通通过十字路口的装置与我们的生活紧密的联系在一起。
设计交通灯控制电路的方法有很多种,由于数字电子技术的逻辑性很强,用它来设计交通灯的控制电路非常方便。
而且数字电子技术芯片只要在一定的范围内输入,都能得到稳定的输出,调试简单,电路的工作也比较稳定。
这次我们设计的交通灯控制电路就是通过基本的一些数字芯片组合来对十字路口交通灯的六个不同信号灯的控制,另外还加以倒计时直观显示。
这个电路的设计看似起来比较复杂,但它也是由一些基本的电路组成。
只要将实现整个电路的基本设计思路和方案确定下来,画出方框图再对个功能方框的电路进行设计,一步步突破,最后整理设计出整个电路的原理图来。
在此绪论对电路的详细设计过程总体概括一下:
首先,画出设计的控制电路的方框图。
其次,对各功能电路的实现进行论证介绍。
再次,对各功能电路的设计进行详细的介绍。
至此这次的课程设计也就完成了,但对电子知识和技能的学习与探索将永不停止。
1.设计任务(交通灯的控制电路的主要功能)
设计一个十字路口交通信号灯控制器,其主要功能要求如下:
(1)满足如图1顺序工作流程。
图1交通灯顺序工作流程图(t为单位时间)
图中设南北方向的红﹑黄﹑绿灯分别为NSR﹑NSY﹑NSG东西方向的红﹑黄﹑绿灯分别为EWR﹑EWY﹑EWG。
它们的工作方式,有些必须是并行进行的,即南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮;
南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮;
南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮;
南北方向红灯亮,东西方向黄灯亮。
(2)应满足两个方向的工作时序:
即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄﹑绿灯时间之和,南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄﹑绿灯时间之和。
时序工作流程图见图2所示。
图2时序工作流程图
图2.3中,假设每个单位时间为3秒,则南北﹑东西方向绿﹑黄﹑红灯亮时间分别为15秒﹑3秒﹑18秒,一次循环为36秒。
其中红灯亮的时间为绿灯﹑黄灯亮的时间之和。
(3)十字路口要有数字显示,作为时间提示,以便人们更直观地把握时间。
具体为:
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,直至减到数为“0”,十字路口红﹑绿灯交换,一次工作循环结束,而进入下一步某方向的工作循环。
(4)可以手动调整和自动控制,夜间为黄灯闪耀。
2.总体设计概要
2.1总体概述
为了确保十字路口的车辆顺利﹑畅通地通过,往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥,其中红灯(R)亮,表示该条道路禁止通行,黄灯(Y)亮表示停车;
绿灯(G)亮表示允许通行。
交通灯控制器的系统框图如图3所示。
图3交通灯控制器的系统框图
2.2控制电路的主要组成及功能概述
状态控制器用于记录十字路口交通灯的工作状态,通过状态译码器分别点亮相应的状态信号灯。
秒脉冲发生器产生整个定时系统的时基脉冲,通过减法计数器对秒脉冲减计数,达到控制每一种工作状态的持续时间。
减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换,同时状态译码器更具下一个工作状态决定下一次减法计数的初始值。
减法计数器的状态有BCD译码器译码,数码管显示。
在红灯期间,状态译码器将秒脉冲引入黄灯控制电路,使黄灯闪烁。
2.2.1秒脉冲和分频器
因十字路口每个方向绿﹑黄﹑红灯所亮时间比例分别为5:
1:
6,所以,若选选3秒为一单位时间,则计数器每3秒输出一个脉冲。
本电路的实现就要用到秒脉冲和分频器。
2.2.2交通灯控制器
由波形图可知,计数器每次工作循环周期为12,所以可以选用12进制计数器。
计数器可以用单触发器组成,也可以用中规模集成计数器。
这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
扭环形计数器的状态如表1所示。
表1状态表
T
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSGNSYNSR
EWGEWYEWR
000000
100
001
1
100000
2
110000
3
111000
4
111100
5
111110
0↑0
6
111111
7
011111
8
001111
9
000111
10
000011
11
000001
根据状态表,我们不难列出东西方向和南北方向绿﹑黄﹑红灯的逻辑表达式:
南北方向
东西方向
红
黄
绿
由于黄灯要求闪耀几次,所以用1Hz的标准脉冲和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
2.2.3显示控制部分
显示控制部分,实际是一个定时控制电路。
当绿灯亮时,使减法计数器开始工作(用对面的红灯信号控制),每来一个秒脉冲,使计数器减1,直到计数器为“0”而停止。
译码显示可用74LS248BCD码七段译码器,显示器采用LC5011—11共阴极LED显示器,计数器采用可预置加﹑减法计数器,74LS168﹑74LS193等。
2.2.4夜间控制
夜间时,将夜间开关接通,黄灯闪亮。
为了让黄灯能每s闪亮一次,可以在黄灯那里加入一个与门,把黄灯发亮的信号当成是与门的开通信号,与门的另一端接入时间脉冲,那么黄灯就可以实现每s闪亮一次的功能了。
3.分模块设计与分析
3.1秒脉冲和分频器
由于定时控制电路工作需要稳定的准确的时间脉冲,各部分电路也是在时间脉冲作用下进行有序的工作,设计好脉冲发生器就显的尤为重要,所以在此将秒脉冲发生器的设计作为整个电路设计的第一步。
用555定时器组成多谐振荡器:
555定时器是一种应用极为广泛的中规集成电路。
该电路使用灵活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
同时,555定时器用来定时时输出稳定,驱动能力强。
电路图如图4所示:
:
图4用555定时器组成多谐振荡器
定时器由与系统秒脉冲同步的计数器构成,要求计数器在状态信号ST作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从30开始进行减1计数。
用555定时器构成的多谐振荡器可以调出频率为1的时钟脉冲,然后再通过分频器4分频就得到要求的时钟脉冲。
具体电路图如图5所示:
图5555电路产生的秒脉冲和4分频电路
图6单次手动脉冲
3.2单次手动/自动控制脉冲电路
单次手动脉冲电路(如图6)是由两个与非门组成的RS触发器产生的,当按下K1键时,有一个脉冲输出使74LS164移位计数,实现手动控制。
K2在自动位置时,由秒脉冲电路分频(4分频)后输入给74LS164,这样,74LS164为每4秒向前移一位(计数一次),如图5所示。
3.3控制器部分
它是由74LS164组成扭环形计数器,然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号灯,其中黄灯要满足夜间闪耀,此时红、绿灯灭。
电路如图7所示:
图7交通灯控制部分电路
选用两个D触发器做为时序寄存器产生4种状态,控制器状态转换的条件为TL和TY,当控制器处于Q1n+1Q0n+1=00状态时,如果TL=0,则控制器保持在00状态;
如果,则控制器转换到Q1n+1Q0n+1=01状态,其余情况依次类推。
如表3所示:
表3控制器状态转换表
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
状态转换信号
TLTY
ST
00
01
11
10
0X
1X
X0
X1
根据表3可以推出状态方程和转换信号方程,其方法是:
将Q1n+1、Q0n+1和ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与,其中"
1"
用原变量表示,"
0"
用反变量表示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:
St=
根据以上方程,选用74LS74实现每个D触发器的输入函数,用减法计数器的输出,通过逻辑电路控制双D触发器Q0和Q1在4种状态图间跳变。
3.4数字显示部分
当南北方向绿灯亮,而东西方向红灯亮时,使南北方向的74LS192以减法计数方式工作,计数器选用集成电路74LS192进行设计较简便。
74LS192是4位十进制同步计数器,它具有同步清零、同步置数的功能。
工作时从数字“24”开始往下减,当减法计数到“4”时,南北方向绿灯灭,黄灯闪耀,当计数到“0”时,南北方向绿灯灭,红灯亮,而东西方向红灯灭,绿灯亮。
由于东西方向红灯灭的信号(EWR=0),使与门关断,减法计数器工作结束,而南北方向红灯亮,使东西方向的减法计数器开始工作。
工作电路如图8所示。
图8数字显示控制电路
在减法计数开始之前,有黄灯亮信号使减法计数器先置入数据,图中接入U/D和LD的信号就是有黄灯亮(为高电平)时,置入数据。
黄灯灭(Y=0),而红灯亮(R=1)开始减计数。
译码显示选用BCD码七段译码器74LS248,显示器选用LC5011-11公阴极LED显示器,计数器选用可预制加减法计数器74LS168.计数器做成二十四进制减法计数器.在减法计数器开始之前,由红灯亮信号使减法计数器先置如数据,图中接入U/D和LD的信号就是由黄灯亮(Y=1)时,置入数据。
黄灯灭(Y=0),而红灯亮(R=1)时,开始计数。
4.整体电路
上一部分我们对交通灯控制电路各部分进行了分析论证,然后对各部分分电路进行整合,就可以得到交通灯控制器整体电路(如图9所示)。
图9交通灯控制器整体电路
5.所用元器件
表2元器件清单
时基电路
555
一片
2输入端四与非门
74LS00
二片
六反相器
74LS04
四片
四—2输入与门
74LS08
八片
三—3输入与门
74LS11
二片
四—2输入或门
74LS32
双D触发器
74LS74
8位串入/并出移位寄存器
74LS164
一片
七段译码器
74LS168
BCD—7段译码/升压输出驱动器
74LS248
10KΩ电阻
R
五个
12
按键
K
三个
13
发光二极管
LED
六个
14
七段LED数码管
LC5011—11
四个
15
47uF电容
C
一个
16
0.01uF电容
C1
6.设计总结
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图,和芯片上的选择。
这个方案总共使用了74LS248,74LS168,74LS04,74LS08,74LS00,74LS74,NE555定时器等。
但在设计的过程中也难免会遇到过各种各样的问题,经常会遇到这样那样的情况,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,因此耗费在这上面的时间用去很多。
在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且同时学习到很多以前不懂的东西。
比如一些芯片的功能,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。
同时通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!
同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!
主要参考文献:
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高等教育出版社,1998(7)
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高等教育出版社,2004
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大连理工出版社,2008(9)
[4]梁宗善.电子技术基础课程设计.武汉:
华中理工大学出版社,2009(5)
[5]刘法治.常用电子元器件及典型芯片应用技术.北京:
机械工业出版社,2007
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电子工业出版社,2006
(1)
[7]杜怀昌.CMOS集成电路原理与应用.北京:
国防工业出版社,2006(9)
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