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1、 本科课程设计专用封面 设计题目： 交通灯虚拟控制器设计与制作 所修课程名称： 数字电子技术课程设计 修课程时间： 2016 年 12 月 19 日至 12 月 23 日 完成设计日期： 2016 年 12 月 23 日 评阅成绩： 评阅意见： 评阅教师签名： 2016 年 12 月 23 日 工 学院 2014 级 电气工程及其自动化 专业 姓名 米翰思 学号 2014180225 （装）（订）（线） 目 录 一设计要求一设计要求 . 1 二题目分析二题目分析 . 1 三总体方案三总体方案 . 1 四原理图设计四原理图设计 . 1 4.1 秒脉冲发生器 . 1 4.2 定时器 . 2 4.3
2、 控制器 . 3 4.4 信号灯显示 . 5 4.5 显示部分 . 6 4.6 主要器件的选件 . 7 4.7.设计原理图 . 8 五各部分定性说明以及定量计算五各部分定性说明以及定量计算 . 9 六在设计过程中遇到的问题及排除措施六在设计过程中遇到的问题及排除措施 . 9 七设计心得体会七设计心得体会 . 9 7.1 系统综述 . 9 参考文献参考文献 . 9 1 交通灯虚拟控制器设计与制作 一设计要求 设计并制作一具有三种信号灯的十字路口交通灯控制器。要求： 1）由一条主干道和一条支干道汇合成的十字路口，每个入口处设置-红、绿、黄三盏信号灯，红灯亮 禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶
3、中的车量有时间停在禁行线外； 2）信号灯变换次序为：主支干道交替允许通行，主干道每次放行 45s，亮 5s 黄灯，让行驶中的车辆 有时间停在禁行线外；支干道放行 30s，亮 5s 黄灯，让行驶中的车辆有时间停在禁行线外。 3）各计时电路采用倒计时显示。 二题目分析 交通灯在实际应用当中，红灯亮时，禁止通行；绿灯亮时，则允许通行；黄灯亮时，则提示司机将行 驶中的车辆减速并并准备停下来。 一般交通灯控制电路电路主要由定时器、控制器、译码和显示几个部分组成。设计十字交通叉路口的 两条道路分别为东西向和南北向，东西向和南北向的红、绿、黄三色信灯是相互关联的。分析交通灯的点 亮规则，可以归结为：东西向绿
4、灯亮时，南北向红灯亮；东西向黄灯亮时，南北向红灯还要亮；东西向红 灯亮时，南北向绿灯亮，或者南北向黄灯亮。因此，可以得到其工作时序，即南北向红灯亮的时间是东西 向绿灯和黄灯亮的时间这和；东西向红灯亮的时间是南北向绿灯和黄灯亮的时间这和；东西向、南北向的 红灯、绿灯和黄灯不能同时亮。 三总体方案 根据设计任务和要求，而确定交通灯控制器电路的系统工作框图如下 1-1 所示。通过主控制计数器 （74LS74）控制电路的运作和红绿黄灯三种信号灯的转换，用两条 QQ控制信号灯的显示。 四原理图设计 4 4.1 .1 秒脉冲发生器秒脉冲发生器 秒脉冲发生器由 NE555 电路及外围电路组成，其中R1= 1
5、M、2= 1M,C1= 1F的电 阻电容值决定了脉冲宽度。 既T = t1+ t2， 1= 0.693(1+ 2)1，2= 0.63921，因此R1= 1M、2= 1M,C1= 1f。 如图 2 所示，R1= 1M、C1= 1F组成一 个串联 RC 充放电电路，在 NE555 的 7 脚上输 出一个方波信号， 、 C1上得到一个三角波。 此三 角波送到 NE555 的 2 脚输入端。由 NE555 内啊 的比较器和门电路共同作用，维挂 7 脚上的方 波信号和 3 脚上的输出方波。 秒 脉 冲 发 生控 制 器 译 码 器 定 时 器 甲车道信号灯 乙车道信号灯 图 1 系统的原理框图 图 2
6、NE555 管脚分布图 2 4.24.2 定时器定时器 计数电路上边 74LS192 为高位片， 下边 74LS192 为低位 片，低位片 DOWN 输入秒脉冲信号，高低位片的 DCBA 输入 分别为时间设置电路的从左至右的八个 Y 输出端。高低位 片的输出 QA QB QC QD 全部通过二极管后由三极管放大回 到 LOAD 时钟信号端。当计数器倒计时为 0000 0001 时，当 下一个低位片的脉冲上升沿来临时，输出信号变为 0000 0000 时，反馈置数信号变为 0，产生一个下降沿脉冲，使 控制器状态发生改变，这是置数信号仍然为 0 实现置数。 当置数完成后置数信号才变为 1，然后开始
7、正常倒计数，原 理如图 6 所示： 输入 输出 MR 3 2 1 0 3 2 1 0 图 3 秒脉冲发生器原理图 图 5 74LS192 芯片管脚分布图 图 4 LM555 内部设计图 3 1 0 0 0 0 0 0 d c b a d c b a 0 1 1 加计数 0 1 1 减计数 表格 1 74LS192 功能表 4.34.3 控制器控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。列出控制器的 状态转换表，如下表所示。选用 D 触发器 74LS74 做为时寄存器产生两种状态，控制器状态转换的条件为 TL 和 TY，当控制器处于1+10+1= 00状态
8、时，如果 TL=0，则控制保持在 00 状态；否则控制器转换到1+10+1= 01状态。这两种情况与条件 TY 无关，所以用无关项X来表示。其余况依次类推，就可以 列出状态转换信号 ST。 可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将1+1、0+1和 ST 为 1 的项所对应的输入或状态转图 6 定时器 图 7 74LS74 管脚分布图 4 换条件变量相与，其中1用原变量变示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方 程： 1+1= 10+ 10+ 10 0+1= 10+ 10+ 10 = 10+ 10+ 10+ 10 INPUTS OUTPUTS CLK D Q L H H L H
9、 L L H L L H H H H H L L H H L L H H H L 0 0 表格 2 74LS74 功能表 5 4 4.4 .4 信信号号灯灯显显示示 信号灯由 3 种颜色的 LED 组成，分别为红、黄、绿三种颜然的 LED，其中红色与绿色由 74LS74 芯片 控制亮灭，当倒计时至 3 秒时，由 74LS192 输出角发信号至 NE555 使 NE555 开始工作产生脉冲信号，使 黄色 LED 闪烁，闪烁频率可调，原理与秒脉冲产生器相似，原理如图 9 所示： 图 8 控制器 图 9 黄色 LED 闪烁器 6 4.54.5 显显示示部部分分 显示部分由 74LS48 和七段数码管
10、组成，74LS48 作为译码器，对 74LS192 的输出信号进行译码，然 后通过七段数码管显示出来 74LS192 的计数。即交通灯需要显示的时间。其如图 10 所示：表格 3 74LS48 芯片功能表 图 10 由 74LS48 和数码管组成的显示电路 7 4 4.6 .6 主主要要器器件件的的选选件件 数量 描述 封装 备注 2 74LS_IC, 74LS192D IPC-7351DO16 2 74LS_IC, 74LS48D IPC-7351DO16 1 74LS_IC, 74LS74D IPC-7351DO14 6 DIODE, 1N4148 IPC-2221A/2222DO-35
11、4 BJT_NPN, 2N3707 GenericTO-92 4 LED_red UltiboardLED9R2_5V 4 LED_green UltiboardLED9R2_5Vg 4 LED_yellow UltiboardLED9R2_5Vy 2 TIMER, LM555CM IPC-7351M08A 2 SEVEN_SEG_DECIMAL_COM_K Generic7SEG8DIP10A 共阴极 2 RPACK_VARIABLE_2X7, 180 GenericDIP-14 数码管电阻排 1 CAPACITOR, 10uF 瓷片电容 2 CAPACITOR, 10nF 3 CAP_EL
12、ECTROLIT, 1uF 电解电容 2 POTENTIOMETER, 1M 滑动变阻器 1 POTENTIOMETER, 1M 2 POTENTIOMETER, 1M 1 RESISTOR, 5.1k 电阻 2 RESISTOR, 10k 6 RESISTOR, 1k 2 RESISTOR, 50 表格 4 主要器件参数 8 4.7.4.7.设设计计原原理理图图 图 11 设计原理图 9 五各部分定性说明以及定量计算 NE555 脉冲频率计算，若设计 1HZ 频，则由计算式T = 0.693(1+ 22)1可得(1+ 22)1=1.42857143，又因为1+ 2 3.3M，且1、21K，查阅资料后选择C1= 1f，R1= 1M、2= 1M，其中1、2为可调电阻，因此只
