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》