交通灯数电课程设计报告Word格式文档下载.docx
《交通灯数电课程设计报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯数电课程设计报告Word格式文档下载.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
交通灯简易交通信号灯控制器利用555秒脉冲发生器提供秒脉冲CP信号，为计数器提供工作频率。
计数器由两块74LS190级联构成八位二进制，实现倒计数；
显示电路由两个十六进制数码管构成，可以显示00-99之间的数字；
控制电路由74LS161构成的循环电路控制三种灯的开关；
置数电路由相应数量的74LS465与74LS138译码器构成置位电路使得主干道在45-0秒为绿灯，5-0秒时为黄灯，30-0秒时为红灯，相应的次干道与主干道相配合，在50-0秒时为红灯，在25-0秒时为绿灯，在5-0秒时为黄灯，通过共用CP脉冲，实现对主干道与支干道交通信号灯的联合控制。
关键字
根据设计原理，系统的关键字有以下几个：
交通信号灯秒脉冲递减计数分时置数控制器
1.课题名称以及设计要求…………………………………………………4
1.1课题名称……………………………………………………4
1.2设计要求……………………………………………………4
2.系统概述…………………………………………………………………4
2.1总体方案的选择………………………………………………4
2.2系统总体结构框架……………………………………………5
2.3系统基本工作原理……………………………………………6
3.单元电路设计与分析……………………………………………………7
3.1秒脉冲发生器单元……………………………………………7
3.2倒计数以及显示单元…………………………………………8
3.3信号灯控制单元………………………………………………9
3.4顺序定时置数置数单元………………………………………10
3.5黄灯闪烁以及蜂鸣提示单元…………………………………12
4.系统仿真…………………………………………………………………13
4.1仿真说明……………………………………………………13
4.2仿真示意图…………………………………………………14
5.系统综述以及总体电路图………………………………………………15
5.1系统综述……………………………………………………15
5.2总体电路图…………………………………………………17
6.结束语……………………………………………………………………18
7.元件明细表………………………………………………………………18
7.1元件明细列表………………………………………………18
7.2元件说明……………………………………………………19
8.参考文献……………………………………………………………………19
9.收获体会与总结……………………………………………………………20
9.1收获体会……………………………………………………20
9.2问题反思以及对未来交通信号控制的思考……………………20
10.鸣谢…………………………………………………………………………21
一．课题名称以及设计要求
1.1课题名称
简易交通灯信号控制器
1.2设计要求
简易交通信号灯控制，主要实现功能如下：
1.定周控制：
主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；
2.每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；
3.分别用红、黄、绿色发光二级管表示信号灯；
4.设计计时显示电路。
功能扩展：
1.黄灯亮的时候伴随黄灯闪灯和蜂鸣提示；
2.考虑到主干道与次干道车流量的变化，为了人性化的控制交通信号灯，可以自由设定主干道和次干道各个信号灯的亮变时间，在0-99围变化。
二．系统概述
2.1总体方案的选择
经过我们上网查资料以及在图书馆借阅相关的领域知识，我们得出以下三种可以实现本次课设目的的方案，方案如下：
方案一：
由主控制电路和秒脉冲发生器组成，其中主控制电路包括：
主控制器、清零装置、驱动装置、信号灯装置及一些逻辑门。
主控制器中采用两块74LS290二-五-十进制来实现八十进制计数器。
秒脉冲发生器由555秒脉冲发生器负责提供脉冲信号。
接通电源瞬间，清零装置将主控制器清零，紧接着，主干道绿灯和支干道红灯打开，其余主、支道灯关闭。
秒脉冲传送到控制器，主控制电路在45s到，50s到，75s到，80s到分别产生翻转信号，从而改变主、支道绿、黄、红灯的开闭持续时间，继而实现交通信号灯控制。
方案二：
由定时器NE555构成的多谐振荡器产生秒脉冲，两块74LS192芯片级联成61进制倒计时器，计时器输出的数据通过两块74LS48译码器和两块七段数码管显示出来。
由倒计时器与逻辑门构成定时器，在每隔55秒或5秒输出一个脉冲，触发状态控制器工作。
状态控制器控制着信号灯的转换。
方案三：
主要有秒脉冲产生模块，倒计时模块，控制信号灯模块，定时置数模块构成。
秒脉冲产生模块采用555定时器构成的多谢震荡器产生周期为一秒的脉冲，提供给计数器工作，达到计时的目的；
倒计时模块采用两片74LS190级联构成一个倒计时计数的电路，通过使用来自秒脉冲的CP脉冲以及定时置数模块的置数功能，来完成倒计时并且实时显示在LED数码显示器上；
控制信号灯模块，接收来自计数模块倒计时为零时的信号，通过74LS161的循环计数功能，配合相应的门电路完成三种信号灯之间的交替亮灭；
顺序置数模块采用三片74LS465以及74LS138译码器组成，接收信号灯亮灭的信号来实现对计数器的置数。
方案三的思路比较清晰，里面的元器件自己在课堂上都比较熟悉，而且有很大的发挥空间，可以增加一些比较华丽的功能模块，综合以上，我们最终选择了方案三来作为我们本次系统设计的最终方案。
2.2系统总体结构框架
简易交通信号灯控制系统主要有以下几个重要的模块够构成：
1.秒脉冲产生模块2.倒计时及显示模块，3.信号灯控制模块，4.顺序置数模块，5.功能扩展模块（黄灯闪烁以及蜂鸣报警）；
本系统的总体结构框架如下图所示：
图2.1系统的总体结构框架图
2.3系统基本工作原理
本系统采用主干道和支干道分开实现功能，但又相互配合的思路，用时间的相关性将主干道与支干道的信号灯的亮灭相联系起来。
根据系统的要求：
每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；
则其时间循环图如下所示：
图2.2主干道时间循环图
图2.3支干道时间循环图
对于其中一条干道，系统的工作流程图如下所示：
图2.4系统工作信号流程图
系统工作原理如下：
初始状态，对于主干道，计数器预置数45秒，在CP脉冲的作用下开始进行倒计时，当倒计数至零时，可以对信号灯控制电路产生一个上升沿的单脉冲，该脉冲将作为74LS161的脉冲输入，完成一次计数，实现对绿灯，黄灯和红灯的亮灭的控制，此时红灯亮，当三种信号灯完成一次状态变化时，将变化的信号传送给74LS138译码器，由该译码器选中相应的74LS465预置的倒计时数，并将该倒计数置给计数器74LS190，完成一次工作循环，然后是5秒的黄灯，最后是30秒的红灯。
对于支干道而言，循环时间是50秒，25秒，5秒，其具体的循环过程与主干道一致。
三．单元电路设计与分析
3.1秒脉冲发生电路
秒脉冲发生电路是该系统的时间动力，提供计数器的工作时钟频率，从而完成倒计数模块信号传递。
秒脉冲发生电路时由555定时器构成的多谐振荡器。
因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器且对信号的精度要求不高，故选用555定时器构成。
其工作原理图如下所示：
图3.5555秒脉冲发生器
555定时器周期计算：
T1＝（R1＋R2）Cln2=0.7（R1＋R2）C
T2=R2Cln2=0.7R2C
T=T1+T2=（R1+2R2）Cln2=0.7（R1+2R2）C
555定时器组成的秒脉冲Cp的周期为1s，即T=1，所以可设置参数
R1=57.72kR2=28.86kC=10uFCf=10uF
说明：
在电路仿真的过程中，为了保证仿真的准确性，该模块产生的脉冲信号可以由信号发生器来代替。
3.2倒计数以及显示单元
十字路口要有数字显示作为倒计时提示，以便人们更直接准确地把握时间。
具体工作方式为：
当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1计数方式工作，直到减到数为“0”，产生一个标志信号，控制十字路口绿、黄、红变换，一次工作循环结束，进入下一个某方向的工作循环。
倒计时的显示由四输入的DCD—HEX数码显示，显示计数器的输出值。
有多种减法计数器可供选择，例如74190，74191，74192，74193等等。
在这里，计数器我们选用集成电路74190进行设计，是比较简便的。
通过两种接线我们来实现倒计时计数器，74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能，保持功能。
74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输入数据间接清零功能。
功能表如下：
D/U
CLK
ABCD
QAQBQCQD
1
减计数
加计数
0000
表3—174190的功能表
图3.674LS190的管脚图
要实现45s/25s/5s的倒计时，需要选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器。
两片计数器之间采用异步级联的方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO′）直接作为十位计数器的计数脉冲（CLK），个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。
选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数的显示。
D1﹑C1﹑B1﹑A和D0﹑C0﹑B0﹑A0是十位和个位计数器的8421BCD码置数输入端。
由74LS190的功能表可知，该计数器在零状态时RCO′端通过或门控制两片计数器的控制端LOAD′（低电平有效），从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。
通过8421BCD码置数输入端，可以选择100以的数值，实现0~100秒自由选择的定时要求。
其电路连接图如下所示：
图3.7倒计数以及显示单元电路图
分析：
每当该模块的计数到01时候，通过或非门的连接可以得出以下的输出信号：
即，未倒计数至01时信号输出低电平，当计数至01时，产生高电平，由此过程产生一个上升沿的单脉冲，该脉冲传送至下个模块：
信号灯控制芯片：
74LS161，作为该芯片的工作时钟。
3.3信号灯控制单元
信号灯控制模块，当相应的倒计时到00时，完成信号灯的转换，用于标示交通路口的通行状态。
本模块采用74LS161芯片，配合相应的门电路完成三种信号灯的轮流转换。
在本系统中，通过反馈清零法，使该计数器工作在0000-0001—0010三个状态循环每次接收到来自倒计数的一个脉冲，该计数器进行一次计数。
G（1,0）=绿灯（亮，灭），Y（1,0）=黄灯（亮，灭），R（1,0）=红灯（亮，灭）；
则其相应的表达式为：
对于主干道：
G（0）=QA+QB；
Y
（1）=QA；
R
（1）=QB；
对于次干道：
R（0）=QA+QB；
G
（1）=QA；
Y
（1）=QB；
其中，
升级会员 