简易交通控制器设计报告

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1、仲恺农业工程学院课程设计报告书数字数字电子技术课程设计电子技术课程设计院系：自动化学院所 选 题 目：简易交通控制器设计专 业 班 别：自动化（工业自动化） 144姓名：黄国盛学号：201421714406提 交 日 期：2016 年 6 月 12 日1目录1. 设计任务与要求21.1设计内容21.2设计要求（详见任务书）22. 方案论证与选择 22.1简易交通控制系统设计22.2简易交通控制系统状态控制器设计32.3DCD_HEX 七段数码管52.4秒脉冲发生器53. 单元电路的设计和元器件的选择63.1五秒倒计时减数电路试验性设计及测试63.2二十秒倒计时减数电路试验性设计及测试73.3三

2、十秒倒计时减数电路试验性设计及测试83.4状态译码电路的设计93.5交通灯状态显示电路的设计103.6交通灯定时电路的设计113.7状态控制电路的设计123.8通行流水灯的设计133.9 主要元器件的选择144. 系统电路总图145. 经验体会156. 参考文献16附录 A： 系统电路仿真总电路图17附录 B： PCB（四层板）18附录 C： 3D 电路板19附录 D： 主要元器件清单202简易交通控制器设计简易交通控制器设计1.设计任务与要求设计任务与要求1.1 设计内容设计内容控制方案控制方案 2：（1）东西方向（主干道）绿灯亮，南北方向（次干道）红灯亮，时间 30s。（2）东西方向与南北

3、方向黄灯亮，时间 5s。（3）南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 20s。（4）东西方向与南北方向黄灯亮，时间 5s。 （1）（4）循环。（5）黄灯闪耀。（6）用 LED 发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的 LED 发光二极管就开始移位（表示这一方向的车辆行驶） 。1.2 设计要求设计要求（详见任务书）2.方案论证与选择方案论证与选择2.1 简易简易交通交通控制控制系统设计系统设计由于此次

4、设计有别于实际的交通控制系统（实际的交通控制系统在某一路黄灯亮的情况下另一路会保持红灯，即每一路在绿灯变红灯的时候有黄灯过渡，红灯到绿灯则不用） ，此次设计的黄灯是两路同步的，故所有黄灯可用同一个信号控制，但为了方便电路的理解将分成主黄和次黄（其实信号的产生机制是相同的） 。简易交通灯的系统图如图 1，秒脉冲发生器产生整个定时系统的基脉冲，由减法计数器对显示时间减数达到控制每种工作状态的持续时间， 当减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，与此同时，状态译码器根据系统的下一个工作状态决定下一个减计数的初始值。减法计数器的状态由 BCD 译码器、显示管显示。3图 1简易交通灯的系统图2.2

5、简易交通控制系统简易交通控制系统状态控制器设计状态控制器设计十字路口交通灯信号流程图见图 2,可将其分为四种状态。0A表示主干道绿灯亮，次干道红灯亮。1A表示主干道和次干道黄灯闪烁。2A表示主干道红灯亮，次干道绿灯亮。3A表示主干道和次干道黄灯闪烁。状态编码及状态转换图如下：4Hz 方波方波1Hz 方波方波4图 2交通灯信号流程图主干道绿灯亮 次干道红灯亮 30进制减法器减一主干道黄灯闪烁 次干道黄灯闪烁5 进制减法器减一主干道红灯亮 次干道绿灯亮 20 进制减法器减 一主干道黄灯闪烁 次干道黄灯闪烁 5 进制减法器减一三十秒未到五秒未到二十秒未到五秒未到52.3DCD_HEX 七段数码管七段

6、数码管所以我选取了 DCD_HEX（74LS192D 输入方式为 8421 码）来进行定时电路的显示，使用方法见图 3，使用方法如下：图 3七段数码管显示图2.4秒脉冲发生器秒脉冲发生器通常，秒脉冲发生器选择如图 4，它们都能产生方波。其中 555 定时器很精确， 但在此次仿真过程中，为了仿真稳定和流畅运行，我在电路中改用右边的 1Hz 方形 波作为秒脉冲发生器。6图 4秒脉冲发生器3.3.单元电路的设计和元器件的选择单元电路的设计和元器件的选择3.1 五秒倒计时减数电路五秒倒计时减数电路试验性设计及测试试验性设计及测试由 74LS192D、DCD_HEX、74LS32D、方波发生器等组成。其

7、中 DCD_HEX 是十六 进制的显示管，74LS32D 是或门，74LS192D 的功能如下所述。具体电路见图 5。 减数器的实现：根据 74LS192D 的特点，脉冲从 DOWN 端接入。置入 0101 后 实现减数功能，当减到数码管显示为零，通过或门实现置数端为低电平，将 0101 置入。图 5五秒倒计时电路图仿真图774LS192D的引脚图见图 6，真值表见图 7。图 674LS192D 的引脚图图 774LS192D 的真值表功能叙述功能叙述：74LS192D 管脚图中，QA、QB、QC、QD 为计数输出端；DOWN 为减脉冲输入端， UP 为加脉冲输入端； CLR 为清零端， 当该

8、管脚为高电平时， 输出端清零， 为 0000； A、B、C、D 用于为计数器预置初始计数值；LOAD 端为置数端，低电平有效，输出端分 别为输入端 A、B、C、D 的电平。BO 用于输出一个宽度等于减计数输入的脉冲，用于级 联下级减计数，CO 用于输出一个宽度等于加计数输入的脉冲，用于级联下级加计数。3.2二十秒倒计时减数电路二十秒倒计时减数电路试验性试验性设计设计及测试及测试由 74LS192D、DCD_HEX、方波发生器、74LS00D 组成。Multisim 仿真电路图见 图 8。 实现原理：由于是两位数，需要两个 DCD_HEX 来显示倒计时时间，74LS192D 也需要两个。如图所示

9、，低位芯片借位端 BO 连接高位的减脉冲输入端 DOWN，这样 可以实现借位。当高位为 0 时，低位再次借位是，在那一瞬间高位出现 9，而马上 由与非门置为 2 或 3。加脉冲端 UP 端接高电平，清零端 CLR 接低电平。8图 8二十秒倒计时电路仿真图3.3 三十秒倒计时减数电路三十秒倒计时减数电路试验性试验性设计设计及测试及测试由 74LS192D、DCD_HEX、方波发生器、74LS00D 组成。其实现原理同 3.2。 它们只不过置数端有所差异。 3.2高位芯片置入0010， 而在这高位芯片置入0011。Multisim 仿真电路图见图 9。9图 9 三十秒倒计时电路仿真图3.4状态译码

10、电路的设计状态译码电路的设计主、次干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。真值表如下：表 1状态译码电路设计原理状态控制输出主干道信号灯次干道信号灯2Q1Q()R 红()Y 黄()G 绿()r 红()y 黄()g 绿0000110001010010101000011101001010由真值表得逻辑表达式如下：主干道红黄绿灯次干道红黄绿灯：R=Q2Q1g=Q2Q1Y=Q1y=Q1G=Q2Q1r=Q2Q13.5 交通灯状态显示电路的设计交通灯状态显示电路的设计主要元件有：红、黄、绿指示灯、三态门电路 74LS125N（A 加入秒脉冲实现黄灯闪烁）构成。在设计中，我采用了彩色指示

11、灯模拟交通灯，74LS125N 引脚图见图10。图 1074LS125N 引脚图根据 3.3 的信号灯逻辑表达式， ，设计状态译码器电路，通过 Multisim 仿真得图 11：图 11交通灯状态显示电路仿真图11注意：指示灯为高电平时，才会被点亮。1Q和2Q的状态通过状态控制器来控制。通过G控制绿灯主干道绿灯亮、次干道红灯亮时数码管的计数显示，g控制绿灯主干道红灯亮、 次干道绿灯亮时数码管的计数显示，1Q控制黄灯灯闪烁时数码管计数显示。3.63.6 交通灯定时电路的设计交通灯定时电路的设计根据设计内容，交通灯控制系统要求带有不同定时的定时器，来完成 30 秒、20 秒、5 秒的定时任务，定时

12、器可由两片 74LS192D 构成两位十进制可预置减法计数器；时间状态由两只 DCD_HEX 管显示。十字路口设计时，应用四只显示管显示，具体见总图如何摆设。可预置减法计数器的时间通过三片八同相三态总线收发器74LS245DW来完成，其引脚图见图 12。三片 74LS245DW 的输入数据分别为 30（81AA，0011000） 、20（81AA，00100000） 、5（81AA，00000101）三个不同的数字，任一输入数据到减法计数器的置入由状态控制器的输出信号控制不同 74LS245DW 的选通信号来实现。当状态处于12101AQ Q和32111AQ Q时，黄灯闪烁。由设计内容可知持续

13、时间为 5 秒，则由控制信号1Q去控制 74LS245DW 的选通信号，由于 74LS245DW的选通信号要求低电平有效，因此g接一反相器成为1Q来接相应 74LS245DW。同理，当状态处于02100AQ Q，由设计内容可知持续时间 30 秒时，此时74LS245DW 的选通信号应接主干道绿灯信号G。当状态处于22110AQ Q，由设计内容可知持续时间 20 秒时，74LS245DW 的选通信号应接次干道绿灯信号g。注意：置数端十位为零时，各位也为零时，将会产生一个借位脉冲，此时十位会在瞬时为九，但由于是异步置数，很快的九会被所置数覆盖。12图 1274LS245DW 引脚图功能叙述：74L

14、S245DW 是人们常用的芯片，用来驱动 LED 或者其他的设备，它是 8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245DW 有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当片选端 G 低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）。当 DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当 G 为高电平时，A、B 均为高阻态。在这个设计中，74LS245 在置数中起到了重要作用。三个 74LS245DW 的驱动方法见图 13（红线置入三个数） 。图 1374LS245DW 的驱动图3.7状态控制器电路的设计状态控制器电路的设计该控制器利用一个74163LSD（加法器）

15、 ，真值表见图 14，加法器执行状态顺序：00011011，当为 11 时，执行清零操作。仿真图见 15。13图 1474LS163D真值表图 15 状态控制器仿真电路图3.8 通行流水灯的设计通行流水灯的设计利用通行方向绿灯信号做流水灯的执行判断，各路用一块 4017BD_5V 芯片， 74AS08M 与门，4HZ 方波及八个红色灯组成。四个方向流水灯电路原理图如图 1614图 16 四方向流水灯显示电路3.9主要元器件的选择主要元器件的选择1.DCD_HEX 管 4 个； 2.指示灯 44 个； 3.74LS192D 集成块 2 块； 4.74LS245DW 集成块 3 块； 5.三态门电路 74LS125N 一块； 6、 74LS163D 一