交通灯控制电路设计数电课程设计+数字电路课程设计.docx
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交通灯控制电路设计数电课程设计+数字电路课程设计
数字电子技术课程设计
简易交通灯控制逻辑电路设计
专业班级:
09自动化一班
时间:
2011.12.12-2011.12.19
姓名:
指导教师:
:
郭计云
大同大学电气工程系
一、课程题目……………………………………………….2
二、设计要求……………………………………………….2
三、系统框图及说明………………………………………..2
四、单元电路设计…………………………………………..4
五、仿真过程与效果分析………………………………….12
六、体会总结……………………………………………….13
七、参考文献………………………………………………13
《一》课程设计题目:
交通灯控制电路设计
《二》设计要求:
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求南北方向(主干道)车道和东西方向(支干道)车道两条交叉道路上的车辆交替运行,主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行时间为20秒,时间可设置修改。
2、在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道;
3、黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。
4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用计时的方法)。
5、同步设置人行横道红、绿灯指示。
《三》系统框图及说明:
1、分析系统的逻辑功能,画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图1-1所示。
它主要由计时电路、主控电路、信号
灯转换器和脉冲信号发生器组成。
脉冲信号发生器用的是555定时器;计时计数器是
由74LS160来完成、输出四组驱动信号T0和T3经信号灯转换器(4片7448)来控制信
号灯工作,主控电路是系统的主要部分,由它控制信号灯转换器的工作。
(图1-1)
2、信号灯转换器
状态与车道运行状态如下:
S0:
支干道车道的绿灯亮,车道通行,人行道禁止通行;主干道车道的红灯亮,车道禁止通行,人行道通行
S1:
支干道车道的黄灯亮,车道缓行,人行道禁止通行;主干道车道的红灯亮,车道禁止通行,人行道通行
S2:
支干道车道的红灯亮,车道禁止通行,人行道通行;主干道车道的绿灯亮,车道通行,人行道禁止通行
S3:
支干道车道的红灯亮,车道禁止通行,人行道通行;主干道车道的黄灯亮,车道缓行,人行道禁止通行
G1=1:
主干道绿灯亮
Y1=1:
主干道车道黄灯亮
R1=1:
主干道车道红灯亮,人行道绿灯亮;南北方向人行道红灯亮
G2=1:
支干道车道绿灯亮
Y2=1:
支干道车道黄灯亮
R2=1:
支干道车道红灯亮,人行道绿灯亮;东西方向人行道红灯亮
四.单元电路设计
1.主控电路:
1).原理:
通过一片74LS160,选择其4个状态、分别为(00011011)分别表示主绿支红、主黄支红、主红支绿、主红支00->(30秒)01->(5秒)10->(20秒)11(5秒){循环图}。
中间延时通过计时电路来实现。
2).原器件的选择及参数:
若选集成计数器74160,74160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1-1是它的状态表。
表1-174160的状态表
CLRLOADENPENTCLKABDCQAQBOCOD
0XXXXXXXX0000
1000POSXXXXABCD
1111POSXXXXCount
111XXXXXXQA0QB0QC0QD0
11X1XXXXXQA0QB0QC0QD0
设状态编码为:
S0=0000S1=0001S2=0010S3=0011,则其状态表为:
表1-2状态编码与信号灯关系表
QdQcQbQaG1Y1R1G2Y2R2
0000100001
0001010001
0010001100
0011001010
态的相应控制来分别实现30秒、5秒、25秒。
通过7448(2片)译码器和数码管的连接
的连接实现几个灯时间的显示。
2).原器件的选择及参数:
若选集成计数器74160(2片),采用同步整体置数。
译码器7448(2片)、7段
数码管(2个)等。
表1-37447状态表
InputsOutputs
No.LTRBIDCBABI/RBO|abcdefg
----|----|-----|-----------|--------|--------------
0|1|1|0000|1|1111110
1|1|X|0001|1|0110000
2|1|X|0010|1|1101101
3|1|X|0011|1|1111001
----|----|-----|-----------|--------|--------------
4|1|X|0100|1|0110011
5|1|X|0101|1|1011011
6|1|X|0110|1|0011110
7|1|X|0111|1|1110000
----|----|-----|-----------|--------|--------------
8|1|X|1000|1|1111111
9|1|X|1001|1|1110011
表1-4状态编码与时间关系表
开关(s)ABC时间(T)
11005
201025
300130
3)电路接法如下:
3.支干道计时电路
1)原理:
通过74LS160(2片)采用串行同步整体置数级连和下一个状态的相应控制来
分别实现30秒、5秒、25秒。
通过7448(2片)译码器
和数码管的连接的连接实现几个灯时间的显示。
2).原器件的选择及参数:
若选集成计数器74160(2片),采用同步整体置数。
译码器7448(2片)、7
段数码管(2个)等。
基本上与主干道计时电路一样。
表1-5状态编码与时间关系表
开关(s)ABC时间(T)
110035
201020
30015
计数器选用集成电路74190进行设计较简便。
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的输出数据间接实现清零功能。
表1-474190的状态表
CTEND/UCLKLOADABCDQAQBQCQD
0XX0XXXXABCD
01POS1XXXXCountDown
00POS1XXXXCountUp
1XXXXXXXQa0Qb0Qc0Qd0
图1-5
现选用两个74190芯片级联成一个从99倒计到00的计数器,其中作为个位数的
74190芯片的CLK接秒脉冲发生器(频率为1),再把个位数74190芯片输出端的QA、
QD用一个与门连起来,再接在十位数74190芯片的CLK端。
当个位数减到0时,再减1
就会变成9,0(0000)和9(1001)之间的QA、QD同时由0变为1,把QA、QD与
起来接在十位数的CLK端,此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1,相当于借位。
具体连接方法如图1-5所示。
信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来,决定倒计时是置数,还是计数
工作开始时,LD为0,计数器预置数,置完数后,LD变为1,计数器开始倒计时。
当倒
计时减到数00时,LD又变为0,计数器又预置数,之后又倒计时,如此循环下去。
图1-6
预置数(即车的通行时间)功能:
如图1-6所示,8个开关分别接十位数74190芯
片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。
预置数的范围为6~98。
假如把通行时间设为45秒,就像图1-5的接法,A接0,B接1,C接0,D接0,E接
0,F接1,G接0,H接1。
(接电源相当于接1,悬空相当于接0)
图1-7
向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0,它表示倒计时减到数“00”
(也即绿灯的预置时间,因为到00时,计数器重新置数),T=1,此时T给译码器一个脉
冲号灯发生转换,一个方向的绿灯亮,另一个方向的红灯亮。
接法为:
把两个74190计数
器的8个输出端用一个或非门连起来。
T表示倒计时减到数“05”时。
T=1,此时T给译
码器一个脉冲,使信号灯发生转换,绿灯的变为黄灯,红灯的不变。
接法为:
当减到数为“05”
(00000101)时,把十位计数器的输出端QA.QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、
QD用一个或非门连起来,再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与门连接
起来。
具体连接方法如图1-7所示。
4、黄灯闪烁控制
要求黄灯每秒闪一次,即黄灯0.5秒亮,0.5秒灭,故用一个频率为2的脉冲与控制黄
灯的输出信号用一个与门连进来,再接黄灯。
图1-8
《五》仿真过程与效果分析
1、根据题目的要求,整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器,10个交通灯。
但由于4个时间显示器是由同一个倒计时计数器控制,所以我在设计图1-8电路的过程中,为了简化电路使画图看起来更加清晰,就只接了1个时间显示器。
另外由于人行道的红绿灯跟车道的红绿灯是同步的,分别是:
东西方向人行道的绿灯接车道的红灯,红灯接南北方向车道的红灯;南北方向人行道的绿灯接车道的红灯,红灯接车道的红灯。
所以在图1-8电路中就只接了6个灯。
2、为了使电路更加直观,我把计数器、信号灯灯转换器等放在一个名为main的子电路中。
然后再在子电路外面接输入端和输出端。
3、点击启动按钮,然后再打开总开关,便可以进行交通灯控制系统的仿真,电路默认把通车时间设为45秒,打开总开关,东西方向车道的绿灯亮,人行道的红灯亮;南北方向车道的红灯亮,人行道的绿灯亮。
时间显示器从预置的45秒,以每秒减1,减到数5时,东西方向车道的绿灯转换为黄灯,而且黄灯每秒闪一次,其余灯都不变。
减到数1时,1秒后显示器又转换成预置的45秒,东西方向车道的黄灯转换为红灯,人行道的红灯转换为
绿灯;南北方向车道的红灯转换为绿灯,人行道的绿灯转换为红东西方向灯。
如此循环下去。
4、修改通车时间为其它的值再进行仿真(时间范围为6~98秒),效果同3一样,总开关一打开,东西方向车道的绿灯亮,时间倒计数5,车灯进行一次转换,到0秒时又进行转换,而且时间重
置为预置的数值,如此循环。
《六》体会总结
1、通过这次课程设计,加强了我动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,我总共想过两个方案,另一个方案弄了两天,结果总是实现不了题目的要求。
所以我又花了一天的时间做出这个方案,这个相对另一个方案比较简单,包括电路原理和连接,和芯片上的选择。
这个方案总共只用了四个芯片,分别为2个74190计数器,2个JK触发器。
2、在设计过程,经常会遇到这样的情况,就是心里想老着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了。
所以这几天不管是吃饭还是睡觉,脑子里总是想着如何解决这些问题,如何想出更好的连接方法。
不过说也奇怪,整天想着这些问题,脑子和身体却一点都不会觉得累。
或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九宵云外去了吧!
3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功时看课本,这次看了,下次就忘了,主要是因为没有动手实践过吧!
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
故一个小小的课程设计,对我们的作用是如此之大。
《七》