简易交通灯控制电路的设计

《简易交通灯控制电路的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易交通灯控制电路的设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、xxxxxx大学课 程 设 计简易交通灯控制电路的设计班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 xxxxxx大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子线路课程设计 课程设计题目 简易交通灯控制电路的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标1东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。2东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。3南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间15s。4如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后能恢复正常。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器

2、件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 阎石，数字电子技术（第五版）M北京：高等教育出版社，2005. 3. 陈孝彬555集成电路实用电路集高等教育出版社2002-8 4. 王刚 TTL集成电路应用 机械工业出版社 2000-10五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律

3、（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日一、概述本设计通过采用数字电路对交通灯控制电路进行设计,使用交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来设计交通控制信号灯。在实际情况下，一个十字路有一个主干道和一个支干道。主干道的车流量较大，即要求主干道绿灯亮的时间长，支干道正好相反。 设A代表东西方向即主干道，B代表南北即支干道；R代表红灯亮，

4、Y代表黄灯亮，G代表绿灯亮。且设主、支干道红、黄、绿灯亮的四种状态分别由Q2、Q1的四种数值组合表示，时间设置如下（1代表灯亮，0代表灯灭）。表1 四种状态表示亮灯颜色与时间组合状态东西方向(A)南北方向（B）时间编号Q2Q1AGAYARBGBYBRS00000110025S10100101005S21010000115S31101000105以设计要求为依据，本方案一共分为秒脉冲信号发生电路、计时电路、控制电路、计时显示电路、信号灯控制电路、紧急状态手动控制电路六大部分组成。最终达到包括两组红黄绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、一组手动与自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用）、倒计时

5、显示器（显示允许通行或禁止通行时间）在内的最终设计目标。二、方案论证2.1计数器的设计方案一：用74LS192直接构成减计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制器的作用下置数后开始计数，计数器以减计数向显示译码器提供信号。方案二：定时器由与系统秒脉冲同步的计数器74LS161构成，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号作用下置数为反码，输出端接入非门后计数器实现计数和倒计时显示的双重功能。方案选择：74LS192是双时钟同步16进制可逆计数器，用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。然而由于对74LS192不太熟悉，并且在最初提供的芯片中并没有74LS192，所以最终选择了74LS161芯片。而且由于经常

6、应用，因而使用起来较方便。因而选择方案二。所以最终确定的总体实验方案如下：由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号。用两片74LS161作为计数器分别作为高低位片，将其输出端通过非门与74LS47相连后，把74LS47输出端连到共阳极数码管上，实现倒计时；用一片74LS74即两个D触发器作为状态控制器，控制状态变量Q2Q1的变化，即实现变化：00-01-10-11；用两片计数器的C进位端进行与运算后作为状态控制器的脉冲；利用状态控制器与计数器的输出对计数器实现置数操作，从而实现模25，模15，模5的转换；状态控制器的输出Q2Q1连接至74LS138的两个地址输入端AB，第三个地址输入端

7、C接地；六个灯按照不同状态分别与74LS18的前四个输出端连接。 总体设计方案框图如图1：图1 总体设计方案框图在此电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CLK脉冲，计数器74LS161接受CLK脉冲，实现同步计时。通过非门连接计数器输出端与译码驱动电路，在数码管上显示倒计时。将计数器的进位输出C取反用以控制其自身循环置数，对计数器的两片74LS161的输出C通过与门来作为红绿灯状态控制器74LS74的脉冲信号，由此，状态从00变至01，历时25s；从01至10，历时5s；从10至11，历时20s；再从11变至00，历时5s，依次循环。状态不同，计数器置数和红绿灯如何显示不同；计数器

8、置数不同，则模值不同，状态改变时间也不同。 三、电路设计3.1 秒脉冲信号发生器的设计3.1.1 秒脉冲发生器的功能及组成元件秒脉冲发生器用于产生周期为1秒的的矩形波脉冲，其主要由555芯片组成的多谐振荡器来实现。3.1.2 秒脉冲发生器的工作原理由555定时器构成的多谐振荡器如图3所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端和低电平触发端并接后接到R2和C的连接处，将放电端接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电

9、容C充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间T1的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=(R1+R2)C （1）由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间T2的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放=R2C （2）随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳

10、态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图2为工作波形。图2 多谐振荡器工作波形图3 555构成的多谐振荡器原理图3.1.3 秒脉冲发生器电路的元件参数计算因为对于该电路有T=T1+T2 (3)T1=0.7R1+R2C (4)T2=0.7R2C (5)T0.7(R1+2R2)C (6)若令C=10f，R1=43K,那么R2=51K。则T1.015s，对于信号灯来说精度足够。秒脉冲发生器电路如图4所示。图4 555组成的秒脉冲发生电路此电路为计时电路提供时钟信号CLK。3.2 计时电路的设计3.2.1 定时器的功能及其组件计时器的功能是实

11、现精确定时并驱动显示译码器实现倒计时输出，其电路组成元件有74LS161、74LS04（非门）、74LS08（二输入与门）、74LS86（异或门）。图5 4位二进制同步加法计数器74LS161引脚排列图74LS161是4位二进制同步加法计数器，它具有异步清零、同步置数的功能。74LS161的引脚图如图5所示，其功能表如表2所示。图中，RD是低电平有效的异步清零输入端，LD是低电平有效的同步并行置数控制端，ET、EP是计数控制使能端，C是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3输出端。表2 4位二进制同步加法计数器74LS161功能表CLKRDLDEPET工作状态011110111011

12、01异步清零同步预置数保持保持（但C=0）计数3.2.2 定时器电路工作原理定时器工作原理图如图6所示。图6 两片74LS161级联组成的定时器电路两片74LS161之间采用并行连接，低位片的进位输出接入高位片的EP、ET使能端，高位片只有在低位片进位时才会进行计数或置数。 此电路输出后接入非门使其输出为反码，当计数器输出原码为1111即反码为0000时，进位输出端C输出高电平，进行非运算后变为低电平接入LD进行置数，并行输入端D3D2D1D0的数据被置入计数器。综上所述：高位片只有在高低位片QAQBQCQD输出都为1111时才会被置数，低位片QAQBQCQD为1111时高位片仅进行计数运算。若计数器分别输出25秒（S0）、5秒（S1）、15秒（S2）、5秒（S3），四个状态的计数信号，则需要系统的状态量Q2Q1和74LS161的输出QAQBQCQD共同控制芯片的置数端D0D1D2D3。由表1可以列出两个计数芯片的状态转换表如表3所示。表3 两片74LS161的置数状态转换表（*表示不进行置数操作）状态高位片低位片Q2Q1QDQCQBQAD3D2D1D0QDQCQBQAD3D2D1D0000010*00001001000001*000010010100000000000001001000000001000001001000010000000