交通燈控制電路設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。交通燈控制電路設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計摘 要遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計（論文）題目：交通燈控制電路設(shè)計 院（系）：電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電子102班 學(xué) 號： 100404056 學(xué)生姓名： 李宏 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時間： 2課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué) 號100404056學(xué)生姓名李宏專業(yè)班級電子102班課程設(shè)計（論 文）題 目交通燈控制電路設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計交通燈控制電路，十字路口，控制紅、黃、綠燈，并用MAX

2、+PLUS驗證設(shè)計的正確性。設(shè)計要求：1熟練掌握組合邏輯電路的設(shè)計思路和方法；2熟練掌握MAX+PLUS原理圖輸入方法；3熟練掌握MAX+PLUS仿真方法并對設(shè)計進(jìn)行仿真驗證，直至得出正確的設(shè)計方案；4熟練掌握MAX+PLUS編程下載方法并利用EDA實驗箱驗證設(shè)計的正確性；5熟練掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制電路的設(shè)計方法。報告要求：1能夠?qū)υ砑霸O(shè)計方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼f明；2按照給定的模板要求完成設(shè)計報告。指導(dǎo)教師評語及成績平時成績（20%）： 論文成績（50%）： 答辯成績（30%）： 總成績 ： 指導(dǎo)教師簽字： 學(xué)生簽字： 年 月 日摘 要交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通

3、行能力，減少交通事故。在城鎮(zhèn)街道十字路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅，黃，綠交通燈信號，其中紅燈亮表示該道路禁止通行；黃燈亮表示該道路未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該道路允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅黃綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮車輛和行人安全通行，實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。本交通燈設(shè)計主要由秒脈沖發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示電路組成。秒脈沖發(fā)生器由NE555產(chǎn)生脈沖，定時器由74LS160實現(xiàn)，控制器由74LS153和74LS74組成，譯碼電路采用74LS48和七段數(shù)碼管來顯示?？刂破魍ㄟ^ST信號對定時器進(jìn)行控制

4、，從而顯示紅黃綠燈的轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵詞：交通燈； 控制器 ； 秒脈沖發(fā)生器； 定時器 ； 譯碼器目錄第1章 緒論31.1交通燈控制電路的概述31.2本文研究內(nèi)容4第2章交通燈控制電路的硬件設(shè)計42.1總體方案論證42.2交通燈控制電路的控制核心模塊設(shè)計72.2.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計72.2.2定時器的設(shè)計82.2.3控制器的設(shè)計92.2.4譯碼器電路的設(shè)計112.2.5顯示部分電路設(shè)計13第3章系統(tǒng)設(shè)計與分析143.1系統(tǒng)原理圖143.2系統(tǒng)原理分析153.3系統(tǒng)的部分仿真15第4章 設(shè)計總結(jié)19參考文獻(xiàn)20附錄：元器件清單21第1章 緒論1.1交通燈控制電路的概述隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越

5、來越來引起人們的關(guān)注。人，車，路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。交通燈通常指紅黃綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號燈。綠燈亮?xí)r準(zhǔn)許車輛通行；黃燈亮?xí)r已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行；紅燈亮?xí)r禁止車輛通行，交通燈的出現(xiàn)是人類文明的一大進(jìn)步，使得許多人為交通事故減少，城市交通問題因此得到解決。結(jié)合設(shè)計概括發(fā)展技1.2本文研究內(nèi)容由一條主干道和一條支干道的匯合點形成交叉十字路口，為確保車輛安全，迅速的通行，在交叉路口的每個入口處設(shè)置了紅,綠,黃色燈。紅燈禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則行駛中的車輛有時間停靠在禁止線外。在主干道和支干道均設(shè)有車輛檢測傳感器，用以檢測道路是富有

6、車輛。當(dāng)某一道路有車而另一個道路無車時，則該車道處于常允許通行狀態(tài)。當(dāng)主，支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，設(shè)計45s和25s計時顯示電路。當(dāng)主干道允許通行時亮綠燈時，支干道亮紅燈。而支干道允許通行綠燈亮?xí)r，主干道紅燈亮。在每次由亮綠燈變成亮紅燈時的轉(zhuǎn)換中間，要亮5s的黃燈作為過度，以使行駛中的車輛有時間停在禁止線外，設(shè)置5s計時顯示電路。設(shè)計交通燈控制電路，十字路口，控制紅、黃、綠燈，并用MAX+PLUS驗證設(shè)計的正確性第2章 交通燈控制電路的硬件設(shè)計2. 1總體方案論證 用數(shù)電電子技術(shù)來實現(xiàn)交通燈控制交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示。它主要

7、由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。 TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。 ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 定 時 器秒脈沖發(fā)生器控 制 器譯 碼 器甲車道信號 燈乙 車 道信號 燈 圖

8、2-1 系統(tǒng)的原理框圖交通燈控制器的ASM 如圖2-3所示（1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （2）乙車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。 （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止

9、通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表1、2所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下表2-2規(guī)定：控制狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運行狀態(tài)S0（00）甲綠、乙紅甲車道通行，乙車道禁止通行S1（01） 甲黃、乙紅甲車道緩行，乙車道禁止

10、通行S3（11）甲紅、乙綠甲車道禁止通行，乙車道通行S2（10）甲紅，乙黃甲車道禁止通行，乙車道緩行AG=1甲車道綠燈亮甲車道通行BG=1乙車道綠燈亮乙車道通行AY=1甲車道黃燈亮甲車道緩行BY=1乙車道黃燈亮乙車道緩行AR=1甲車道紅燈亮甲車道禁止通行BR=1乙車道紅燈亮乙車道禁止通行表2-2狀態(tài)轉(zhuǎn)化表由此得到交通燈的ASM圖，如 圖2-3所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時間小于25秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉(zhuǎn)換到下一個工作狀態(tài)。S0

11、 00AG BRTLST01S1 01AY BRTYSTSTS4 11AR BYS3 10AR BGTYTLST010110圖2-3 交通燈的ASM圖2.2交通燈控制電路的控制核心模塊設(shè)計2.2.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計秒脈沖發(fā)生器由NE555電路及外圍電路組成，其中R9=15K、R8=68K,C3=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R8+2R9)C2ln2當(dāng)T=1S，即可湊出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是為了保持輸出的波形的穩(wěn)定。如圖2-4所示， R9=68K、C3=10uF組成一個串聯(lián)RC充放電電路，在NE555的7腳上輸出一個方波信號，C3上得到一個三角波。此三角波送到N

12、E555的2腳輸入端。由NE555內(nèi)部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號和3腳上的輸出方波。圖2-3 秒脈沖發(fā)生器原理圖2.2.2定時器的設(shè)計定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計數(shù)器構(gòu)成，要求計數(shù)器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數(shù)器從零開始進(jìn)行增1計數(shù)，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數(shù)器選用集成電路74LS160進(jìn)行設(shè)計較簡便。74LS160是10進(jìn)制同步加法計數(shù)器，它具有異步清零、同步置數(shù)的功能。74LS160功能表如表2-4所示。CLK RD LDEP ET工作狀態(tài)XXX 01111X0111X X X

13、X 0 1 X 0 1 1置零預(yù)置數(shù)保持保持（C=0）計數(shù)表2-4 74LS160功能表表中RD是低電平有效的同步清零輸入端，LD是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，EP、ET是計 圖2-3 交通燈的ASM圖數(shù)控制端，CO是進(jìn)位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。設(shè)計如圖2-5 圖2-5 交通燈定時器其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS160的清零端9處。如圖所示：輸入端3.4.5.6分別接地.。U1的7和10由U2的11、14經(jīng)過與門相與后相連。.即：只有當(dāng)時11、14處產(chǎn)生一個高電平脈沖時才能觸發(fā)U1中的14產(chǎn)生脈沖。當(dāng)U13C74LS04

14、的ST信號分別送給U1和U2的LOAD。就可以得到TY和TY非是秒脈沖的5倍；TL和TL非的結(jié)果是秒脈沖的25倍。2.2.3控制器的設(shè)計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)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表2-6所示。選用兩個D觸發(fā)器74LS74做為時序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時，如果TL 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無關(guān)，所以用無關(guān)項X表示。其余情況依次類推，就可以列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。 表2-6 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換

15、表根據(jù)上表可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中1用原變量表示，0用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程： 根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器 74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號即可實現(xiàn)控制器的功能?？刂破髟韴D如圖2-7所示。圖中R、C構(gòu)成上電復(fù)位電路。由兩個雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153和一個雙D觸發(fā)器74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài)，多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實現(xiàn)4種狀態(tài)的相互交換。圖2-7 交通燈控制器其原理為： CLK分別

16、送給U6A和U6B的3和11的清零端。將TY接入U4的5和U5的4和5；TY非接入U4的4。如上圖所示：74LS74兩個D觸發(fā)器作為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來實現(xiàn)每個D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號，即可實現(xiàn)控制器的功能。2.2.4譯碼器電路的設(shè)計譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關(guān)系如表2-8所示。表中A、B代表甲、乙車道。表2-8 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表Q1Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈 B

17、R紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010表2-8 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了周期性變化的CLK脈沖，一部分送給了定時器的74LS160芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS160芯片的情況下，通過芯片74LS10將會輸出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的結(jié)果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結(jié)果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5。將定時器輸出的TY。TY非；TL。TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會輸出高低變化的電平?？刂破?/p>

18、中的信號在送給由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過小燈的正常閃爍來實現(xiàn)。電路圖設(shè)計如圖2-9圖2-9譯碼器部分原理圖2.2.5顯示部分電路設(shè)計顯示部分由74LS48和共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作為譯碼器，對74LS160的輸出信號進(jìn)行譯碼，然后通過七段數(shù)碼管顯示出74LS160的計數(shù)。即交通燈需要顯示的時間。其設(shè)計如圖2-10接由74LS48控制的七段譯碼顯示器 圖1-9 由74LS48和數(shù)碼管組成的電路第3章 系統(tǒng)設(shè)計與分析3.1系統(tǒng)原理圖圖3-1 系統(tǒng)總原理圖3.2系統(tǒng)原理分析各單元設(shè)計完成后，首先組裝

19、調(diào)試秒脈沖電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生一個矩形波脈沖，為控制器與計數(shù)器提供脈沖，計數(shù)器開始計數(shù)。其次進(jìn)行定時電路的組裝和調(diào)試。當(dāng)秒脈沖發(fā)生器輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進(jìn)行增計時，當(dāng)增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號。再次調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。 判斷各部分電路之間的時序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計要求。最終調(diào)試如下：接上電源,便可以進(jìn)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25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時間顯示器從預(yù)置的0秒，以每秒增1，增到25到0時，甲道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時甲車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；乙車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。3.3系統(tǒng)的部分仿真第4章 設(shè)計總結(jié)本課程設(shè)計為交通燈控制電路的設(shè)計，用到的主要是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)知識，綜合性強，廣泛應(yīng)用到生活中的各種領(lǐng)域。根據(jù)所學(xué)的知識設(shè)計出滿足特定要求的電路，經(jīng)過各方案設(shè)計比較，參數(shù)計算及各單元電路的仿真，最后的設(shè)計要求都正確合理，得到所需的設(shè)計電路。 本設(shè)計具有系統(tǒng)性，而