交通灯控制Word文档格式.docx

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当支干道黄灯的计数器结束时，由主干道绿灯的计数器和支干道黄灯的计数器通过同或门输出的高电平信号加入到第一个D触发器的清零端，使之无效，再一次循环。

2.2定时电路

第二部分是定时电路，在定时电路中包括秒发生器、60进制减法计数器、55进制减法计数器、45进制减法计数器、40进制减法计数器、5进制减法计数器、计数器CP端控制电路。

其中，60进制减法计数器用来给支干道红灯计时，55进制减法计数器用来给主干道绿灯计时，45进制减法计数器用来给主干道红灯计时，40进制减法计数器用来给支干道绿灯计时，5进制减法计数器用来给主、支干道黄灯计时。

主干道和支干道的红绿灯倒计时电路和黄灯倒计时电路采用可预置4位可逆计数器74190来实现。

7419O既是加法器又是减法器，根据功能表，我们采用的是十进制可逆减法计数器，清零端的优先级高于预置端，且均为高电平有效，均需要上升沿的CP脉冲配合同时加到计数器来触发计数器进行倒计时，结束之后BO端由原来的高电平变为低电平。

计数器CP端控制电路由555振荡器和分频器74161组成标准的秒信号发生器。

555定时器是一种将模拟电路和数字电路混合在一起的集成电路，本次设计中选用的555是一种应用特别广泛、作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。

555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

由555多谐振荡器提供的秒脉冲信号，经过三片级联的74290分频器发出1Hz的秒脉冲信号，加入到电路图中各计数器和D触发器的CP端

2.3译码显示电路

第三部分是译码显示电路，由于要求在主干道和支干道绿灯、红灯、黄灯亮期间进行倒计时显示，就应有译码显示电路，可将定时电路60进制、55进制、45进制、40进制、5进制计数器的输出分别接支干道红灯、主干道绿灯、主干道红灯、支干道绿灯、主支干道黄灯译码显示电路。

在主电路部分中包括主干道交通灯电路、支干道交通灯电路、译码显示电路。

译码显示电路采用七段显示译码器74HC4511，以便人们更直观地把握时间。

具体为：

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，直至减到数为“0”时，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。

译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动七段数码管，只要在它的输入端输入，七段数码管就能显示十进制数字。

选用的译码器为74HC4511，输出高电平有效，接共阴极七段显示器。

倒计时显示采用七段数码管作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。

显示译码器的主要功能为把计数器中的输出的编码一对一的编译成显示器所用的编码，

值1，2，3，4，5，6，7，8八个数。

此显示器为共阴极显示器当接低电平时显示器根据计数的状态来显示数值。

2.4秒信号发生电路

第四部分是秒信号发生电路，计数器的工作必须由秒脉冲来配合工作，分频电路的功能是对方波信号发生器的方波信号进行分频处理，形成计时所需要的标准秒脉冲信号，秒脉冲发生器是该控制器的信号源。

本次设计中利用555定时器组成秒脉冲信号发生器。

555芯片有单稳态电路功能，可发生周期T=0.7*（R1+2*R2）*C的脉冲信号。

该设计中电路输出的脉冲信号为方波信号，可适当的选择电阻、电容使其输出信号的频率为1KHz，利用三个74161进行三次是分频，最后得到周期为1秒的方波信号，这样构成了秒脉冲发生器。

用555振荡电路产生2的12次方Hz的方波信号，本电路中采用片中规模集成电路74160可以构成分频电路产生所信号，第一片是C端输出频率为2的8次方Hz的方波，第二片是C端输出频率为2的4次方Hz的方波，第三片是C端输出频率为1Hz的方波，把产生的1Hz的方波信号送给各计数器的CP脉冲端供计数工作。

3设计方框图

显示器

图3.1主要功能方框图

Figure3.1 

themainfunction 

blockdiagram

根据以上分析可以画出交通灯控制器的原理图。

它主要由主控制器、秒脉冲发生器、计数器、七段译码器、译码显示电路和行人提醒设备部分构成。

脉冲发生器是由一个555振荡器和三个分频器来实现的，四个D触发器构成电路的控制部分，也是该设计的核心部分，通过计数器的定时作用，译码器的译码作用和显示器的显示作用实现了循环，即主干道绿灯——支干道红灯，主干道黄灯——支干道红灯，主干道红灯——支干道绿灯，主干道红灯——支干道黄灯。

报警电路是由555多谐振荡器与扬声器组成。

4各部分电路设计及参数计算

4.1电路组成和功能简介

十字路口交通信号灯控制电路由四部分组成：

1.控制部分2.计数、译码、显示部分3.分频器部分4.发挥部分电路

4.1.1控制电路部分

控制电路部分由六个D触发器构成及两个JK触发器构成，第一个JK触发器控制支干道红灯，与之并列的JK触发器控制主干道绿灯。

电路图上面前两个D触发器分别控制支干道绿灯及支干道黄灯，下面前两个D触发器用于控制主干道黄灯及主干道主干道红灯。

在没有工作之前，主干道红灯的计数器和支干道绿灯的计数器通过同或门输出高电平信号加入到第一个D触发器的清零端，使之无效。

当工作时，在D端加入信号，触发第一个JK触发器，Q端输出高电平通过非门来转换成为低电平，再加到JK触发器输入时钟信号端控制主干道绿灯和支干道红灯进行倒计时，此时主干道绿灯和干道红灯同时亮。

同时将JK触发器的信号作为反馈引入到输入端，保证了LD置数端只在初始时置一次数而非每次有脉冲信号时都置数。

当主干道的绿灯倒计时结束之后产生一个低电平信号，与支干道黄灯输出的高电平进行同或运算输出一个低电平信号来使第一个D触发器的清零端有效，继而在Q非端输出一个高电平触发D触发器工作，控制主干道黄灯倒计时及支干道红灯倒计时工作，此时第一个D触发器D端输出低电平控制主干道绿灯熄灭。

当第二个触发器控制的倒计时结束之后在输出端产生一个低电平信号来使第二个触发器的清零端有效，Q非端输出高电平触发第三个D触发器工作，此时支干道绿灯进行倒计时。

当支干道黄灯的计数器结束时，由主干道绿灯的计数器和支干道黄灯的计数器通过同或门输出的高电平信号加入到第一个JK触发器使之再次重新循环。

图4.1.1（a）D触发器的逻辑符号图4.1.1（b）JK触发器级非门

Figure4.1.1 

（a） 

Dtrigger 

logic 

symbolsFigure4.1.1 

（b） 

JKtrigger 

level 

gate

4.1.2计数、译码、显示部分

由D触发器输出的高电平信号经非门转换成低电平送入计数器的计数报告端，使得计数器开始进行倒计时工作，同时，计数器与译码器级联使得显示器显示数字，倒计时结束之后，输出的低电平经过或门控制触发器的连环触发。

译码器将计数器输出的信号进行译码输送给显示器，图中的显示器和译码器均为共阴极。

图4.1.2计数译码显示电路

Fig4.1.2countingdecodingdisplaycircuit

一般数字系统中处理和运算结果都是用二进制编码、BCD码或其他编码表示的，要将最终结果通过LED显示器用十进制数显示出来，就需要先用译码器将运算结果转换成段码，当然，要使发光二极管发亮，还需要提供一定的驱动电流，所以，这两种显示器也需要有相应的驱动电路。

译码器的工作原理就是所谓译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动LED七段数码管，只要在它的输入端输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。

选用的译码器为7448输出高电平有效，接共阴极七段显示器。

时间显示部分由六只共阴极的半导体数码管组成。

由此可见，它由八只发光二极管组成（其中一只显示小数点）。

工作时，要求发光二极管的共阴极接电源。

当某一发光二极管阳极加上高电平时，相应的发光二极管导通，这一段（或点）就会发光。

若要显示十进制的十个数码0~9，只要在相应的字段阳极上加高电平即可。

为限制各发光二极管的电流，可在它们的公共阳极上串联一只240Ω左右的限流电阻。

4.1.3秒脉冲信号

秒脉冲发生器是该控制器的信号源，本次设计中利用555定时器组成秒脉冲信号发生器。

电路组成：

由555多谐振荡器提供的秒脉冲信号，经过三片级联的74161分频器发出1Hz的秒脉冲信号，加入到电路图中各计数器的CP端

若选集成计数器74161，74161是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4位二进制加法计数器。

表4.1.3是它的状态表。

表4.1.374161的状态表

Table4.1.374161 

statetable

CLR

LOAD

ENP

ENT

CLK

ABDC

QAQBQCQD

X

XXXX

0000

1

POS

ABCD

Count

QA0QB0QC0QD0

图4.1.3（a）秒脉冲波形

Figure4.1.3 

secondpulse 

waveform

图4.1.3（b）秒脉冲信号的逻辑电路图

second 

circuitof 

pulsesignal

5工作过程分析

本次课程设计的题目是交通灯控制电路，此电路由控制部分，译码显示部分、时钟脉冲部分和发挥报警部分组成。

时钟部分采用555多谐振荡器和三个十六进制的计数器74161级联作为分频器以产生1Hz的秒脉冲信号。

计数、译码、显示部分包括主干道绿灯倒计时45秒译码显示电路、支干道绿灯倒计时25秒译码显示电路、主干道红灯倒计时50秒译码显示电路、支干道红灯倒计时30秒译码显示电路，共用了10片七段译码器7448、10片74190可逆十六进制减法计数器。

在控制电路部分，我采用了6个D触发器配合秒脉冲发生器来分别控制主干道绿灯倒计时35秒的工作、支干道绿灯倒计时20秒的工作、主干道黄灯灯倒计时5秒的工作、支干道黄灯倒计时5秒的工作。

控制电路部分由六个D触发器构成，均用来控制下一个交通灯状态的输入。

6元器件清单

序号

名称

型号

数量

四输入或门

74LVC2G32

4

2

单输入非门

54HSCO4

10

3

JK触发器

74LS112D

七段显示译码器

74HC4511

5

十进制减法计数器

74190

6

分频器

74290

7

七段显示器

SEVEN

8

电阻

R

84

9

发光二极管

F5G5

二极管

DIODE

11

D触发器

74LV74

12

电容

C/ANALOG

13

扬声器

SPEAKER

14

电源

VCC

15

二输入或门

74AC11032

7主要元器件介绍

7.1D触发器

7.1.1功能表

表7.1.1D触发器的功能表

Table7.1.1 

Dtriggerfunction 

table

7.1.2逻辑符号

图7.1.2D触发器的逻辑符号

Fig7.1.2LogicalsymbolsD 

flip-flop

7.1.3工作说明

当清零端无效时，D端加入高电平信号，则Q端输出的信号随D端变化输出高电平，另一端输出低电平；

当清零端有效时，则Q非端随D端信号变化输出高电平，Q端输出低电平。

7.2减法计数器

7.2.1功能表

表7.3.1的减计数器74190的功能表

Table7.3.1 

minus74190 

functional 

counter 

7.2.2逻辑符号

图7.2.2减计数器74190的逻辑符号

Fig7.2.2Subtractcounter 

symboliclogic 

7.2.3工作说明

7419O既是加法器又是减法器，根据功能表，我们采用的是十进制可逆减法计数器，清零端的优先级高于预置端，且均为高电平有效，均需要上升沿的CP脉冲配合同时加到计数器来触发计数器进行倒计时，结束之后rclko端由原来的高电平变为低电平。

7.3译码器

7.3.1功能表

表7.3.1译码器74HC4511的功能表

decoder 

74HC4511function 

十

进

制

数

输入

BLLE

LTDCBA

输出

gfedcba

显示字形

灯测试

灭灯

锁存

0×

1×

×

1010000

111×

1111111

0000000

*

灭

*

1110000

1×

10001

10010

10011

10100

10101

10110

10111

0111111

0000110

1011011

1001111

1100110

1101101

1111100

0000111

11000

11001

1100111

1011000

1001100

1100010

1101001

1111000

7.3.2逻辑符号

图7.3.2译码器74HC4511的辑符号

Figure7.3.2 

decoder74HC4511 

symbols

7.3.3工作说明

（1）A3,A2,A1,A0是四位二进制数码输入信号；

a,b,c,d,e,f,g是七段译码输出信号；

LT、RBI、RI/RBO是使能端，它们起辅助控制作用，从而增强了这个译码/驱动器的功能。

（2）三个辅助控制信号（使能端）的说明：

试灯输入LT：

当LT=0,BI/RBO=1时，不管其他输入是什么状态，a至g七段全为1，则它接的显示器各段笔划全亮显示。

因此可作检验数码管和电路用。

灭灯输入BI：

当BI=0,不论其他输入状态如何，a至g均为0，显示管熄灭。

因此，灭灯输入BI可用作是否显示控制。

动态灭灯输入：

在LT=1,RBI=0时，如果A3A2A1A0为0000时，a至g均为0，各段熄灭；

而A3A2A1A0为非0000信号时，则照常可显示。

动态灭灯输出RBO：

它与输入BI联结在一起。

当BI=0或RBI=0且LT=1，A3A2A1A0为0000时，这个输出端才为0。

7.6分频器74LS90（74290）

图7.1.1引脚图

Fig7.1.1 

pinout 

diagram

7.1.2功能表

复位输入

R0

（1）R0

（2）

置位输入

R9

（1）R9

（2）

时钟

CPINA

输出

QBQCQD

HH

L

L

H

下降沿

下降沿

LLL

LLH

计数

7.1.3功能介绍

是常用的二－五－十进制异步计数器，做八进制的就先把74LS90接成十进制的（INB与QA接，以CPA做输入，Q3做输出就是十进制的），然后用异步置数跳过一个状态达到八进制计数。

以从0000计到0111为例：

先接成加法计数状态，从上图中的74LS90功能表可知，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），这个时候当计数到1000时则立刻置0，重新从0开始计。

1000的状态为瞬时状态。

小结

为期一周的电子课程设计很快就结束了。

在这短短的一周的时间里我受益匪浅，在本次课程设计中在知识方面我学习到了很多有用的专业知识，同时我的动手能力得到了很大的提高。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

同时这次设计也让我扩展了许多数电方面的知识，为以后的工作奠定了一定的基础，

在这一周的数电设计实习中，我充分的感觉到了设计的不易，对设计人员有了敬佩之意,是他们才使得我们能够有现在这么现代化的生活的，有方便的设施，改善了我们的生活，提高了我们的生活品质。

本次课程设计的课题是数字交通灯控制器，我深知自己的知识面很有限，我所掌握的东西对本次课程设计是远远不够的。

虽然有些知识老师上课讲过，但并非是听懂了就能用的。

通过几天的搜集资料，再结合我们本次设计的要求，初步拟定了设计方案，画出粗略的电路图。

在此电路图的基础上，根据每个单元电路的功能选择系列芯片，再根据总体电路对芯片的要求及芯片本身的具体功能，选择具体型号的芯片，从而达到实现所要求的功能的目的。

我们开始是什么都不会，只局限于书本的知识，没有深入的理解，只有死记硬背，完全没有怎样应用的概念，可以用盲目来概括当时的状况，接下来，组员们有的上网，有的查资料，有的查书，还有的从学哥学姐那里吸取经验，总之我们是各有发挥，各使奇招，都想尽快的把需要的器件找到以便有充足的时间来进行绘图。

布局、绘图、连线、查引脚图，带着错误和不足，每天经过老师的指导和纠错，我们一遍遍的改正，终于离最后的成品又近了一步，图绘制完毕，我们又进行报告的