數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-智能交通燈的設(shè)計(jì)

1、西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)智能交通燈的設(shè)計(jì)摘 要：交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。通過(guò)采用數(shù)字電路對(duì)交通燈控制電路的設(shè)計(jì),提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號(hào)自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車(chē)輛和行人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化. 因此，在本次課程設(shè)計(jì)里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，同時(shí)引入了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，利用了數(shù)字邏輯這一強(qiáng)大工具，同時(shí)還運(yùn)用了Protel軟件和一些數(shù)字邏輯器件，來(lái)設(shè)計(jì)了可控制的交通信號(hào)燈。關(guān)鍵詞：交通燈，設(shè)計(jì)，電路仿真Abstract：The eme

2、rgence of traffic lights so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. Through the use of digital circuitry on the traffic lights control circuit design, to enable the traffic lights control circuit

3、 at a crossroads with two sets of automatic control of digital signal red, yellow and green traffic lights approach the status of the conversion, command a variety of vehicles and pedestrians safe passage to achieve automated traffic management at the crossroads. Therefore, in the course design, the

4、 traditional design methods will be based at the same time the introduction of electronic design automation technology, the analog signal into a digital signal, use this powerful tool for digital logic, At the same time also used the Protel software and some digital logic devices, to design that can

5、 be controlled by traffic lights.Keywords：Traffic lights, design, circuit simulation目 錄1前言11.1設(shè)計(jì)背景11.2設(shè)計(jì)目標(biāo)12總體方案設(shè)計(jì)22.1方案比較22.2方案論證42.3方案選擇43單元模塊設(shè)計(jì)53.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)53.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇113.3特殊器件的介紹124系統(tǒng)調(diào)試144.1調(diào)試環(huán)境144.2硬件調(diào)試145系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)165.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能165.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試166結(jié)論177總結(jié)與體會(huì)188謝辭199參考文獻(xiàn)20附錄21II1 前言縱觀交通事業(yè)

6、的發(fā)展歷史，以前，人們出門(mén)遠(yuǎn)行或運(yùn)輸東西最常用到的的交通工具是馬車(chē)，但是隨著社會(huì)的進(jìn)步經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一種新型交通工具汽車(chē)隨之問(wèn)世。為了緩解交通的負(fù)荷量，使車(chē)輛運(yùn)行暢通無(wú)阻，交通事業(yè)整嚴(yán)有序，國(guó)家起用了雙車(chē)道交通燈控制系統(tǒng)。通過(guò)紅，綠，黃三色燈進(jìn)行單一的控制，使其遵守紅燈停，綠燈行的原則。但是隨著社會(huì)的發(fā)展，此系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足交通控制事業(yè)的需求，需要一種全新的控制理念，進(jìn)而引進(jìn)了與我國(guó)國(guó)情相符合的國(guó)外先進(jìn)的控制體系，多車(chē)道交通燈控制系統(tǒng)，不但解決以往交通控制系統(tǒng)的局限性，同時(shí)還加快車(chē)了車(chē)流輛速度。并制定了第三十八條明確規(guī)定：綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車(chē)輛通行，但轉(zhuǎn)彎的車(chē)輛不得妨礙被放行的直行車(chē)輛、行人通行

7、， 黃燈亮?xí)r，已越過(guò)停止線的車(chē)輛可以繼續(xù)通行，紅燈亮?xí)r，禁止車(chē)輛通行。 研究交通燈控制系統(tǒng)：一方面可以更好地學(xué)習(xí)數(shù)字電路的應(yīng)用技術(shù)，能進(jìn)一步加深對(duì)數(shù)電的理解，從而達(dá)到更深層次的運(yùn)用它，另一方面可以為城市多車(chē)道交通燈控制系統(tǒng)提供一種智能化的技術(shù)方案，雖然此次設(shè)計(jì)過(guò)程是以簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)行交通燈控制，但是智能化交通控制系統(tǒng)，是交通控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是社會(huì)發(fā)展的需要。1.1 設(shè)計(jì)背景隨著中國(guó)加入WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際接軌。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方

8、面給予技術(shù)革新。1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)通過(guò)采用數(shù)字電路對(duì)交通燈控制電路的設(shè)計(jì),提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號(hào)自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車(chē)輛和行人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車(chē)輛通行，但轉(zhuǎn)彎的車(chē)輛不得妨礙被放行的直行車(chē)輛、行人通行， 黃燈亮?xí)r，已越過(guò)停止線的車(chē)輛可以繼續(xù)通行，紅燈亮?xí)r，禁止車(chē)輛通行。2 總體方案設(shè)計(jì)通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，主要提出了三種技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對(duì)這三種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說(shuō)明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述最終選擇方案的原因。2.1 方案比較城市路口交通信號(hào)控制

9、系統(tǒng)大體上分為三種類(lèi)型：定周期的信號(hào)機(jī)、多時(shí)段且具有無(wú)電纜協(xié)調(diào)功能的微電腦型信號(hào)機(jī)以及聯(lián)網(wǎng)式自適應(yīng)多想為智能型信號(hào)機(jī)。具體采用哪種類(lèi)型，應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)合及特點(diǎn)加以確定。其中，第一種類(lèi)型以其成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝及維護(hù)方便等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。本文討論的交通燈控制系統(tǒng)就屬于該種類(lèi)型。該交通燈控制系統(tǒng)主要由時(shí)間發(fā)生器電路、信號(hào)燈定時(shí)電路、數(shù)字顯示電路、手動(dòng)與自動(dòng)控制電路等幾個(gè)部分組成。2.1.1 方案一用傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)并制作，方案一原理框圖如圖2-1所示?？刂破鰽車(chē)道信號(hào)燈譯碼電路B車(chē)道信號(hào)燈秒脈沖信號(hào)發(fā)生器定時(shí)器 圖2-1 方案一的原理框圖系統(tǒng)主要由控制器、定時(shí)器、秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、譯碼器、

10、信號(hào)燈組成。其中控制器是核心部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作，秒脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生定時(shí)器和控制器所需的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，譯碼器輸出兩條信號(hào)燈的控制信號(hào)。、為定時(shí)器的輸出信號(hào)，為控制器的輸出信號(hào)。當(dāng)某車(chē)道綠燈亮?xí)r，允許車(chē)輛通行，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到45S時(shí)，則輸出為1，否則，=0；當(dāng)某車(chē)道黃燈亮后，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到5S時(shí)，輸出為1，否則=0。為狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)到規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，定時(shí)器開(kāi)始下一個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)計(jì)數(shù)。2.1.2 方案二555定時(shí) 器計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器交通顯示燈交通燈選擇器通道選擇器圖2-2方案二原理框圖由555定時(shí)器計(jì)時(shí),驅(qū)動(dòng)交通燈選擇器控

11、制交通燈的顯示,當(dāng)一個(gè)方向的計(jì)數(shù)完成之后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖,給通道選擇器, 然后通道選擇器驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個(gè)進(jìn)制,由計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器預(yù)置555定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間,然后再驅(qū)動(dòng)交通燈選擇器控制交通燈的顯示,如此往復(fù),其中555定時(shí)器是由電阻和電容來(lái)控制定時(shí)時(shí)間,其中的計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器就可用一個(gè)數(shù)據(jù)分配器74138來(lái)選擇所需電阻的大小來(lái)控制,通道擇器就可用兩個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器,其中兩個(gè)輸出端就可以來(lái)作為計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器74138的輸入,并且這兩個(gè)輸出端還可作為交通燈選擇器74138的輸入。2.1.3 方案三交通燈的電路由下載電路及外圍電路組成，所用到的器件有EMP7064SLC44芯

12、片、鐘振、發(fā)光二極管、電阻和導(dǎo)線。EDA流程圖如圖2-3所示：原理圖程序清單功能仿真綜合 適配時(shí)序仿真 編程下載FPGA/CPLD圖2-3交通燈EDA流程圖2.2 方案論證方案一中控制器應(yīng)該由秒信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、控制器、譯碼驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)燈等7部分組成，其原理圖如上圖。該電路的工作原理是：用秒信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1s的周期信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖；用計(jì)數(shù)器分別計(jì)數(shù)5s、30s,計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器，顯示紅、黃、綠燈點(diǎn)亮的時(shí)間，同時(shí)向控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)?？刂破饕杂?jì)數(shù)器的歸零信號(hào)作為時(shí)鐘脈沖進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，其輸出分兩路：一是控制信號(hào)燈譯碼電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈的點(diǎn)亮；二是控制計(jì)數(shù)

13、器，使其歸零。 方案二相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要由定時(shí)器和時(shí)序邏輯電路的相互作用來(lái)控制遞減的數(shù)字顯示和交通燈的轉(zhuǎn)變。每個(gè)干道的通行時(shí)間分別與2個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)，為了簡(jiǎn)化電路，采用僅對(duì)干道通（禁）行時(shí)間狀態(tài)控制的參考設(shè)計(jì)方案，交通燈的控制根據(jù)干道通行時(shí)間分段實(shí)現(xiàn)。在一般狀況下，由自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制定時(shí)器以達(dá)到交通狀況的轉(zhuǎn)變；一旦發(fā)生突發(fā)事件，可以有人為控制自動(dòng)按鈕以改變定時(shí)器，從而改變時(shí)序邏輯電路的波形，最后達(dá)到交通燈。方案三是運(yùn)用EDA技術(shù)，使用Verilog HDL語(yǔ)言編寫(xiě)音樂(lè)發(fā)生器的程序，借助quartus軟件對(duì)程序進(jìn)行仿真方案選擇。2.3 方案選擇通過(guò)這三個(gè)方案的對(duì)比,由第二個(gè)方案用的是555定時(shí)器來(lái)

14、計(jì)時(shí),所以無(wú)法顯示倒計(jì) 時(shí)的時(shí)間。定時(shí)采用倒記時(shí)的方式，這里可以用二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里我們用74LS191加減計(jì)數(shù)器來(lái)完成計(jì)數(shù)功能，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。定時(shí)的起始信號(hào)由狀態(tài)控制電路給出，當(dāng)一種定時(shí)時(shí)間結(jié)束的信號(hào)輸入到狀態(tài)控制電路時(shí)，由控制電路去啟動(dòng)、關(guān)閉三色交通燈或啟動(dòng)另一種倒計(jì)時(shí)電路。我覺(jué)得第一個(gè)方案更符合我們的實(shí)際要求, 故選擇第一個(gè)方案。3 單元模塊設(shè)計(jì)本章主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說(shuō)明。3.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為四個(gè)單元模塊，它們分

15、別是：秒脈沖發(fā)生器、定時(shí)電路模塊、控制器電路模塊和譯碼器模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說(shuō)明如下。3.1.1 脈沖信號(hào)發(fā)生器秒脈沖信號(hào)發(fā)生器需要產(chǎn)生一定精度和幅度的矩形波信號(hào)。本設(shè)計(jì)中由于秒脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)脈沖，其精度直接影響計(jì)數(shù)器的精度，因此要求秒脈沖有比較高的精度。一般情況下，要做出一個(gè)精度比較高、頻率很低的振蕩器有一定的難度，工程上解決這一問(wèn)題的辦法是先做一個(gè)頻率比較高的矩形波振蕩器，然后將其輸出信號(hào)通過(guò)計(jì)數(shù)器進(jìn)行多級(jí)分頻，就可以得到頻率比較低、精度比較高的脈沖信號(hào)發(fā)生器，其精度取決于振蕩器的精度和分頻級(jí)數(shù)。按照這種的思路設(shè)計(jì)出圖3-1所示的秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。 圖3-1 秒脈

16、沖發(fā)生器圖3-1中由陶瓷振蕩器、電阻、電容和4060內(nèi)含的振蕩電路共同構(gòu)成32768 振蕩器，產(chǎn)生頻率為32468的矩形波，經(jīng)4060內(nèi)部的14級(jí)計(jì)數(shù)器的分頻，得到頻率為2的矩形波，然后由74LS160的端得到頻率為1的秒脈沖信號(hào)，用該脈沖作為減法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。3.1.2 定時(shí)器模塊設(shè)計(jì)74LS161的外引線排列圖如圖3-2所示。圖3-2 74LS161管腳圖其功能表如表3-1所示。表3-1 74LS161功能表輸 入 輸 出 MR CLKTC CEPCETP3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q

17、1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 狀態(tài)碼加1以秒脈沖作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，設(shè)計(jì)一個(gè)四十五進(jìn)制和五進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，如圖3-3所示。 圖3-3 定時(shí)器電路3.1.3 控制器模塊設(shè)計(jì)控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。按照?qǐng)D2-3的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，控制器有4個(gè)狀態(tài)，因此可由兩個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，本設(shè)計(jì)中選用兩個(gè)JK觸發(fā)器產(chǎn)生4個(gè)狀態(tài)。（1）A車(chē)道綠燈亮，B車(chē)道紅燈亮，此時(shí)A車(chē)道允許車(chē)輛通行，B車(chē)道禁止車(chē)輛通行。當(dāng)A車(chē)道綠燈亮能夠規(guī)定時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)。（2）A車(chē)道黃燈亮，B車(chē)道紅燈亮，此時(shí)A車(chē)道允許超過(guò)停車(chē)線的車(chē)

18、輛繼續(xù)通行，而未超過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛禁止通行，B車(chē)道禁止車(chē)輛通行。當(dāng)A車(chē)道黃燈亮夠規(guī)定的時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)。（3）A車(chē)道紅燈亮，B車(chē)道綠燈亮。此時(shí)A車(chē)道禁止車(chē)輛通行，B車(chē)道允許車(chē)輛通行，當(dāng)B車(chē)道綠燈亮夠規(guī)定的時(shí)間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)(1)描述中的狀態(tài)。由以上分析，交通信號(hào)燈有4個(gè)狀態(tài)，可分別用、來(lái)表示，并且分別分配狀態(tài)編碼為00、01、11、10，由此可得到控制器的狀態(tài)。表3-2 控制器狀態(tài)表：控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài) 車(chē)道運(yùn)行狀態(tài)（00）A綠燈，B紅燈A車(chē)道通行，B車(chē)道禁止通行（01）A黃燈，B紅燈A車(chē)道過(guò)線車(chē)通行，未過(guò)線車(chē)禁止通行，B車(chē)道禁止

19、通行（11）A紅燈，B綠燈A車(chē)道禁止通行，B車(chē)道通行（10）A紅燈，B黃燈A車(chē)道禁止通行，B車(chē)道過(guò)線車(chē)通行，未過(guò)線車(chē)禁止通行001001110/00/01/10/01/11/10/00/0 圖3-4 控制器的狀態(tài)圖控制器的輸入為觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)以及和，控制器的輸出為觸發(fā)器的次態(tài)和控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào),由此得到表3-3所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。表3-3 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 輸入 輸出現(xiàn) 態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件 次 態(tài) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) 0 00 00 10 11 11 11 01 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1根據(jù)表3-3

20、，寫(xiě)出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)方程為 （3-1） （3-2） （3-3）以上三個(gè)邏輯函數(shù)可用多種方法實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法比較簡(jiǎn)單。圖3-5中R和C構(gòu)成上電復(fù)位電路，保證觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，復(fù)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端輸入1秒脈沖。圖3-5 控制器電路圖3.1.4 譯碼器模塊設(shè)計(jì)譯碼器的作用是將控制器輸出、構(gòu)成的4種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成為甲乙車(chē)道上6個(gè)信號(hào)燈的控制信號(hào)。定義：A車(chē)道綠燈亮為AG=1，A車(chē)道綠燈滅為AG=0；A車(chē)道黃燈亮為AY=1，A車(chē)道黃燈亮為AY=1,A車(chē)道黃燈滅為AY=0；A車(chē)道紅燈亮為AR=1,A車(chē)道紅燈滅為AR=0。B車(chē)道綠燈亮為BG=1，B車(chē)道綠

21、燈滅為BG=0；A車(chē)道黃燈亮為BY=1，A車(chē)道黃燈亮為BY=1,B車(chē)道黃燈滅為BY=0；B車(chē)道紅燈亮為BR=1,B車(chē)道紅燈滅為BR=0。則有表3-3所示的譯碼器輸入和輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3-4控制器輸出與信號(hào)燈之間關(guān)系狀態(tài)（） AC AY AR BG BY BR 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 由表3-4可以寫(xiě)出AG、AY、AR、BG、BY、BR與之間的邏輯關(guān)系： AG=,AY=,AR= （3-4） BG=,BY=,BR= （3-5）圖3-6 譯碼器電路3.2 電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇3.2.1

22、 元器件選擇4060內(nèi)含的振蕩電路、74LS160、74LS161、數(shù)據(jù)選擇器74LS153、74LS139發(fā)光二極管、電阻、電容、JK觸發(fā)器、邏輯門(mén)等。3.2.2 時(shí)鐘電路秒脈沖發(fā)生器見(jiàn)圖3-1，圖中C1=10PF,C2=39PF;R1=330K，R2=15M CY=32768.產(chǎn)生頻率為32468的矩形波，經(jīng)4060內(nèi)部的14級(jí)計(jì)數(shù)器的分頻，得到頻率為2的矩形波，然后由74LS160的端得到頻率為1的秒脈沖信號(hào)。3.3 特殊器件的介紹本系統(tǒng)中主要使用了如下一些功能新器件：4060、74LS139。下面就這些器件的功能特點(diǎn)、主要參數(shù)和使用方法作相應(yīng)說(shuō)明。3.3.1 4060器件介紹圖3-7

23、4060引腳圖CD4060是14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器分頻器，其有三個(gè)特點(diǎn)：（1）內(nèi)置振蕩器；（2）全靜態(tài)操作；（3）有14級(jí)計(jì)數(shù)器，但只有10個(gè)輸出端。其內(nèi)部框圖和引出端功能如圖3-7所示。CD4060是4000系列CMOS器件中的一種，是14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它內(nèi)部有兩反相器，外接兩個(gè)電阻及一個(gè)電容就可組成振蕩器，作為時(shí)鐘發(fā)生器。輸入時(shí)鐘脈沖時(shí)(下降沿)，輸出端輸出記數(shù)脈沖。它有一個(gè)復(fù)位端(Reset)，當(dāng)復(fù)位端為高電平時(shí)所有輸出端都是低電平。3.3.2 74LS139器件介紹3-8 74LS139引腳圖74ls139 跟74ls138類(lèi)似,區(qū)別在于139內(nèi)部是2個(gè)獨(dú)立的2-4譯碼器。輸入的2位

24、二進(jìn)制碼共有4種狀態(tài)，譯碼器將每個(gè)輸入代碼譯成對(duì)應(yīng)的一根輸出線上的高、低電平信號(hào)。例如，當(dāng)輸入代碼BA=10時(shí)，對(duì)應(yīng)Y2輸出為低電平，其余輸出全為高電平。為使能端，低電平有效。它既可控制電路的工作，也可用于擴(kuò)展邏輯功能。=0時(shí)，24譯碼器工作；=1時(shí)，電路被禁止，輸出全部為高電平，輸出狀態(tài)與輸入數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。BA可視作二進(jìn)制數(shù)據(jù)，B為高位，A為低位，與輸出Y0Y3對(duì)應(yīng)。表3-3 74LS139功能表系統(tǒng)調(diào)試輸 入輸 出Y0 Y1 Y2 Y3使能端選 擇A B1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 10 0 1 1 0 1 10 1 0 1 1 0 10 1 1 1 1 1 04 系統(tǒng)調(diào)試4.1

25、調(diào)試環(huán)境Tina Pro是重要的現(xiàn)代化EDA（Electronic Design Automation，即電子電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化）軟件之一，用于模擬及數(shù)字電路的仿真分析。其研發(fā)者是歐洲D(zhuǎn)esignSoft Kft.公司,目前大約流行四十多個(gè)國(guó)家,并有二十余種不同語(yǔ)言的版本,其中包括中文版，大約含有兩萬(wàn)多個(gè)分立或集成電路元器件。該軟件的具體功能包括：在模擬電路分析方面，Tina Pro除了具有一般電路仿真軟件通常所具備的直流分析、瞬態(tài)分析、正弦穩(wěn)態(tài)分析、傅立葉分析、溫度掃描、參數(shù)掃描、最壞情況及蒙特卡羅統(tǒng)計(jì)等仿真分析功能之外，還能先對(duì)輸出電量進(jìn)行指標(biāo)設(shè)計(jì)，然后對(duì)電路元件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。此外，它具

26、有符號(hào)分析功能，即能給出時(shí)域過(guò)渡過(guò)程表達(dá)式或頻域傳遞函數(shù)表達(dá)式；具有RF仿真分析功能；具有繪制零、極點(diǎn)圖、相量圖、Nyquist圖等重要的仿真分析功能。在數(shù)字電路分析方面，Tina Pro支持VHDL語(yǔ)言；并具有BUS總線及虛擬連線等功能，這避免了電路圖中元件之間連線過(guò)密，使得電路繪圖界面看起來(lái)更清晰、簡(jiǎn)潔。Tina Pro具有八種虛擬測(cè)量?jī)x器，各儀器與元件之間采用虛擬連線。其虛擬測(cè)試儀器（如多蹤示波器）的動(dòng)態(tài)演示功能，是極好的電類(lèi)教學(xué)輔助工具。Tina Pro的仿真分析結(jié)果，如波形圖可方便地與電路圖粘貼在界面中，對(duì)輸出打印及分析資料的完整保存十分便利。 Tina Pro可以與其硬件設(shè)備Tin

27、a-Lab，即實(shí)時(shí)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集器相連接，故能將實(shí)時(shí)測(cè)量與虛擬仿真結(jié)果相比對(duì)。這是目前所知能實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能的少數(shù)實(shí)用技術(shù)產(chǎn)品之一。4.2 硬件調(diào)試1在TINA軟件中打開(kāi)設(shè)計(jì)好的仿真電路,點(diǎn)擊開(kāi)啟運(yùn)行, 剛開(kāi)始是30進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，控制的就是南北方向綠燈亮,東西方向紅燈亮。效果如下圖：圖4-2 計(jì)數(shù)顯示器2.25s過(guò)后數(shù)碼管顯示為05時(shí)，黃燈就開(kāi)始閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00為止,其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；效果如下圖： 圖4-3交通燈顯示器（南北綠燈）3.然后切換到東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，25s過(guò)后開(kāi)始黃燈閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00為止,其中紅綠燈狀態(tài)是不變的；效果如下圖： 圖4-

28、4 交通燈顯示器（南北紅燈）5 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)介紹系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，對(duì)應(yīng)指標(biāo)參數(shù)的測(cè)試及分析系統(tǒng)存在的不足以及改進(jìn)。5.1 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能1. 用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈：A車(chē)道為東西向，有紅、綠、黃三個(gè)燈；B車(chē)道為南北向，也有紅、綠、黃三個(gè)燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則表示該車(chē)道上以過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行。2. 每條道路上每次通行時(shí)間為30S. 在每次變換通行車(chē)道之前，要求黃燈先亮5S，才能變換通行車(chē)道。黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃爍一次。3. 能實(shí)現(xiàn)正常的、即時(shí)顯示功能：試驗(yàn)電路可用4個(gè)七段數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)顯示器，分顯示東西、南北方向的紅燈

29、、綠燈和黃燈的時(shí)間。5.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試首先秒脈沖發(fā)生器見(jiàn)圖3-1，圖中C1=10PF,C2=39PF;R1=330K，R2=15M.CY=32768.產(chǎn)生頻率為32468的矩形波，經(jīng)4060內(nèi)部的14級(jí)計(jì)數(shù)器的分頻，得到頻率為2的矩形波，然后由74LS160的端得到頻率為1的秒脈沖信號(hào)倒計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù),通過(guò)秒脈沖源給倒計(jì)數(shù)器發(fā)送秒脈沖,倒計(jì)時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí),驅(qū)動(dòng)時(shí)間顯示器顯示,并且交通燈也正常運(yùn)行,當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)器計(jì)到5s時(shí),我們當(dāng)然同時(shí)可以在時(shí)間顯示器上看到,這時(shí)倒計(jì)時(shí)器驅(qū)動(dòng)黃燈控制器,使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍,當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)器計(jì)到0時(shí),驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器,使倒計(jì)時(shí)器預(yù)置為另一個(gè)進(jìn)制,并同時(shí)控制和改變

30、交通燈的顯示,其實(shí)就是計(jì)數(shù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換器既可以完成進(jìn)制轉(zhuǎn)換,也同時(shí)充當(dāng)了交通燈的轉(zhuǎn)換功能.如此往復(fù)循環(huán).最后利用門(mén)電路或者74LS139譯碼器實(shí)現(xiàn)交通燈信號(hào)轉(zhuǎn)換功能。6 結(jié)論本課程設(shè)計(jì)是我們組五四同學(xué)同學(xué)一起完成的，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們共同設(shè)計(jì)，組裝，調(diào)試，接受檢查，積極面對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。本設(shè)計(jì)控制器應(yīng)該由秒信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、控制器、譯碼驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)燈等7部分組成.該設(shè)計(jì)做大亮點(diǎn)我覺(jué)得是秒脈沖發(fā)生器。沒(méi)有用555定時(shí)基電路，而是由陶瓷振蕩器、電阻、電容和4060內(nèi)含的振蕩電路共同構(gòu)成32768振蕩器，產(chǎn)生頻率為32468的矩形波，經(jīng)4060內(nèi)部的14級(jí)計(jì)數(shù)器的分頻

31、，得到頻率為2的矩形波，然后由74LS160的端得到頻率為1的秒脈沖信號(hào)，用該脈沖作為減法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。由兩片161組成的減法計(jì)數(shù)器也實(shí)現(xiàn)它實(shí)現(xiàn)的功能，能夠正常實(shí)現(xiàn)每條道路上每次通行時(shí)間為30S. 在每次變換通行車(chē)道之前，要求黃燈先亮5S，才能變換通行車(chē)道。黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃爍一次。能正常的、即時(shí)顯示功能。由于對(duì)軟件熟悉度不夠，所以仿真圖與原電路圖在器件使用上面有所差別！不過(guò)并沒(méi)有影響設(shè)計(jì)結(jié)果！用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)交通燈的控制，這是一大成功之舉！7 總結(jié)與體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力.現(xiàn)在設(shè)計(jì)已經(jīng)做好了,自己感覺(jué)還是比較好的,雖然花了很多的時(shí)間,但學(xué)到了很多東西.做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候,自己把