交通燈控制電路

1、物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告課 程 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 題 目 交通燈控制電路的設(shè)計專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 吳青洪（1009040605） 張冬冬（1009040603） 丁 政（1009040611） 指 導(dǎo) 教 師 周功明 副教授 學(xué) 期 2011-2012 交通燈設(shè)計學(xué)生：吳青洪 張冬冬 丁政指導(dǎo)教師：周功明 副教授“摘要(abstract)” 隨著科技水平的提高，交通公具越來越發(fā)達(dá)，行駛速度越來越快！在維持交通秩序中交通燈占了很重要的地位。為了更好實現(xiàn)交通秩序的有條不紊，我們設(shè)計了一個南北方向帶計數(shù)裝置的交通燈。該裝置很好的實現(xiàn)了車輛的通行控制。我們這次采用了脈沖信號發(fā)生器

2、（555定時器）、計時計數(shù)器（74LS160）、經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器（四片7448）.交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖。它主要由計時電路、主控電路、信號燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號發(fā)生器組成。脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器；計時計數(shù)器是由74LS160來完成、輸出四組驅(qū)動信號T0和T3經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器(4片7448)來控制信號燈工作，主控電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號燈轉(zhuǎn)換器的工作。 關(guān)鍵字：信號發(fā)生器、計數(shù)器、信號燈轉(zhuǎn)換器 The Design Of Traffic LightInstructor:Along with science and technology to raise the level of p

3、ublic transport, more and more developed, driving faster! In keeping traffic order lights in a important position. In order to realize the orderly traffic, we design a north-south direction with the traffic counting device. This device is very good for the vehicle traffic control realization.We adop

4、ted the pulse signal generator (555 timing), timing counter (74LS160), the signal converter (four 7448).Key words: signal generator, counter, signal converters 目 錄引言11 設(shè)計要求 12 系統(tǒng)框圖及說明 12.1 畫出系統(tǒng)框圖 22.2 信號燈換 23 單元電路設(shè)計3 3.1 主控電路 53.2 主干道計時電路 53.3 支干道計時電路 63.4 黃燈閃爍控制 93.5 整個交通燈路 9 4 仿真過程和效果85 參考文獻(xiàn) 106 致

5、謝 117 附錄 12 3引言 隨著科技水平的提高，交通公具越來越發(fā)達(dá)，行駛速度越來越快！于是，交通管理越來越體現(xiàn)其重要性，交通燈的效率要求也越來越高。我們此次設(shè)計了交通燈！它主要是由它主要由計時電路、主控電路、信號燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號發(fā)生器組成。本次用到了學(xué)到的脈沖信號發(fā)生器（555定時器）、計時計數(shù)器（74LS160）、經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器（四片7448）。（一）設(shè)計要求： 1、設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支 干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間 為20秒，時間可設(shè)置修改。 2、在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃

6、燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道； 3、黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。 4、東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計時的方法）。 5、同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。 二系統(tǒng)框圖及說明： 1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。它主要由計時電路、主控電路、信號燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號發(fā)生器組成。脈沖信號發(fā)生器用的是555定時器；計時計數(shù)器是由74LS160來完成、輸出四組驅(qū)動信號T0和T3經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器(4片7448)來控制信號燈工作，主控電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號燈轉(zhuǎn)換器的工作。 2、信號燈轉(zhuǎn)換器 兩方向車道的

7、交通燈的運行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以不考慮)，如圖1-2所示 信號燈狀態(tài)與車道運行狀態(tài)如下： S0：支干道車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行；主干道 車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行 S1：支干道車道的黃燈亮，車道緩行，人行道禁止通行；主干道 車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行 S2：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；主干道 車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行 S3：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；主干道 3) 車道的黃燈亮，車道緩行，人行道禁止通行 G1=1：主干道綠燈亮 （圖12）2主干道計時電路 1)原理：通過

8、74LS160(2片) 采用串行同步整體置數(shù)級連和下一個狀 態(tài)的相應(yīng)控制來分別實現(xiàn)30秒、5秒、25秒。通過7448（2片）譯碼器 和數(shù)碼管的連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計數(shù)器74160（2片），采用同步整體置數(shù)。譯碼器7448（2片）、7段數(shù)碼管（2個）等。 注：本系統(tǒng)設(shè)計用的是74LS160計數(shù)器（0-9），因此7447的后面幾個狀態(tài)沒必要寫出。 表1-4狀態(tài)編碼與時間關(guān)系表 3) .電路接法如下： （圖13）注：此分電路很重要、尤其在對時間的控制上、紅燈顯示時間=支干道綠燈顯示時間+支干道黃燈顯示時間、否則會出現(xiàn)交通混亂現(xiàn)象。另外、3個開關(guān)（s1

9、,s2,s3）在分圖的連接中作為選擇時間，而在總圖中，應(yīng)該連接到相應(yīng)的顯示燈上。 3 支干道計時電路 1)原理： 通過74LS160(2片) 采用串行同步整體置數(shù)級連和下一個狀態(tài)的相應(yīng)控制來分別實現(xiàn)30秒、5秒、25秒。通過7448（2片）譯碼器 和數(shù)碼管的連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計數(shù)器74160（2片），采用同步整體置數(shù)。譯碼器7448（2片）、7段數(shù)碼管（2個）等?；旧吓c主干道計時電路一樣。 表1-5狀態(tài)編碼與時間關(guān)系表 3) .電路接法如下：注意： 十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置

10、顯示器為某值，然后以每秒減1，計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“”和“”，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計時過程中計數(shù)器還向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0。倒計時顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值。 計數(shù)器選用集成電路74190進行設(shè)計較簡便。74190是十進制同步可逆計數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實現(xiàn)清零功能。 表1-4 74190的狀態(tài)表 圖1-5 現(xiàn)選用兩個74190芯片級聯(lián)成一個從99倒計到00的計數(shù)器，其中作

11、為個位數(shù)的74190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器（頻率為1），再把個位數(shù)74190芯片輸出端的QA、QD用一個與門連起來，再接在十位數(shù)74190芯片的CLK端。當(dāng)個位數(shù)減到0時，再減1就會變成9， 0（0000）和9（1001）之間的QA、QD同時由0變?yōu)?，把QA、QD與起來接在十位數(shù)的CLK端，此時會給十位數(shù)74190芯片一個脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。具體連接方法如圖1-5所示。 信號LD由兩個芯片的8個輸出端用或門連起來，決定倒計時是置數(shù)，還是計數(shù)。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計數(shù)器開始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計時，

12、如此循環(huán)下去。 圖16預(yù)置數(shù)（即車的通行時間）功能：如圖1-6所示，個開關(guān)分別接十位數(shù)74190芯片的D、C、B、A端和個位數(shù)74190芯片的D、C、B、A端。預(yù)置數(shù)的范圍為698。假如把通行時間設(shè)為45秒，就像圖-5的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，E接0，F(xiàn)接1，G接0，H接1。（接電源相當(dāng)于接1，懸空相當(dāng)于接） 圖17向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0： T0表示倒計時減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時間，因為到00時，計數(shù)器重新置數(shù)），T0=1，此時T0給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一個方向的綠燈亮，另一個方向的紅燈亮。接法為：把兩個74190計數(shù)器的8個輸出

13、端用一個或非門連起來。 T5表示倒計時減到數(shù)“05”時。T5=1，此時T5給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“05”（0000 0101）時，把十位計數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD連同個位計數(shù)器的輸出端QB、QD用一個或非門連起來，再把這個或非門與個位計數(shù)器的輸出端QA、QC用一個與門連接起來。具體連接方法如圖1-7所示。 4、黃燈閃爍控制 要求黃燈每秒閃一次，即黃燈0.5秒亮，0.5秒滅，故用一個頻率為2的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個與門連進來，再接到黃燈。 5、 整個交通燈控制系統(tǒng)的布局圖圖18<四> 仿真過程與效果分析 1

14、、根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有4個時間顯示器，10個交通燈。但由于4個時間顯示器是由同一個倒計時計數(shù)器控制，所以我在設(shè)計圖1-8電路的過程中，為了簡化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1個時間顯示器。 另外由于人行道的紅綠燈跟車道的紅綠燈是同步的，分別是：東西方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接南北方向車道的紅燈；南北方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接?xùn)|西方向車道的紅燈。所以在圖1-8電路中就只接了6個燈。 2、為了使電路更加直觀，我把計數(shù)器、信號燈燈轉(zhuǎn)換器等放在一個名為main的子電路中。然后再在子電路外面接輸入端和輸出端。具體如圖1-9所示：3、點擊啟動按鈕，然后再打開總開關(guān)

15、，便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時間設(shè)為45秒，打開總開關(guān)，東西方向車道的綠燈亮，人行道的紅燈亮；南北方向車道的紅燈亮，人行道的綠燈亮。時間顯示器從預(yù)置的45秒，以每秒減1，減到數(shù)5時，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。減到數(shù)1時，1秒后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的45秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，人行道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；南北方向車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈，人行道的綠燈轉(zhuǎn)換為紅 燈。如此循環(huán)下去。 圖19 4、修改通車時間為其它的值再進行仿真（時間范圍為698秒），效果同3一樣，總開關(guān)一打開，東西方向車道的綠燈亮，時間倒計數(shù)5，車燈進行一次轉(zhuǎn)換，到0秒時又進

16、行轉(zhuǎn)換，而且時間重置為預(yù)置的數(shù)值，如此循環(huán)。 <六>體會總結(jié) 1、通過這次課程設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我總共想過兩個方案，另一個方案弄了兩天，結(jié)果總是實現(xiàn)不了題目的要求。所以我又花了一天的時間做出這個方案，這個相對另一個方案比較簡單，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。這個方案總共只用了四個芯片，分別為2個74190計數(shù)器，2個JK觸發(fā)器。 2、在設(shè)計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。所以這幾天不管是吃飯還是睡覺，腦子里總是想著如何解決這些問題，如何想出更好的連接方法。不過說也奇怪，整天

17、想著這些問題，腦子和身體卻一點都不會覺得累?；蛟S是那種渴望得到知識的欲念把疲勞趕到九宵云外去了吧！ 3、我沉得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。故一個小小的課程設(shè)計，對我們的作用是如此之大。 雖然在設(shè)計過程中，我們借鑒了一些網(wǎng)上的資料，但是在尋找這些材料的過程中，我們一步步的對這個設(shè)計加深了理解，讓我們學(xué)到了很多知道。參考文獻(xiàn)1閻石.數(shù)字電子技

18、術(shù)基礎(chǔ)M.數(shù)字電路部份.第5版.高等教育出版社.20042鄭家龍.集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M.北京：高等教育出版社，20023黃正瑾.在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用.2版M.南京：東南大學(xué)出版社，19994李良榮.現(xiàn)代電子技術(shù)基于Multisim 7 & Ultiboard 2001.北京：機械工業(yè)出版社，20045John F.Wakerly.Digital Design-Principles & Practices.3rd ed. Bejing:Higher Education Press and Pearson Education North Asia Limited,20016趙保經(jīng).蔣建飛.大規(guī)模集成數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計原理M.北京：科學(xué)出版社，19877路而紅.專用集成電路設(shè)計與電子設(shè)計自動化M.北京：清華大學(xué)出版社，20048Altera可編程邏輯器件及應(yīng)用M.2版.南京：東南大學(xué)出版社，1999致謝 在這次課程設(shè)計中，我們組的同學(xué)得到了老師和其他同學(xué)的幫助。首先，我要感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和我的指導(dǎo)老師周功明老師！能過本次設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能