交通信号灯电子技术课程设计7.docx
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交通信号灯电子技术课程设计7
课程设计
交通信号灯系统设计
专业班级:
Z10101
学号:
43
学生姓名:
杨波
指导教师:
完成时间：
附录一17
一、内容摘要
本电路通过由两个D触发器组成地四进制计数器和由与非门组成地译码器来控制主干道和支干道红、黄、绿灯地状态变化,从而达到疏导车辆安全顺利通过十字路口地作用,由555计时和电容电阻组成秒脉冲发生器；计时器由两个74LS190计数器组成,分别用于计时间地十位和个位；显示译码器把74LS190输出地BCD码译成7位二进制代码,驱动数码管显示相应地BCD码所对应地十进制数.
二、交通信号灯设计内容及要求
由一条主干道和一条支干道地汇合形成十字路口,为确保车辆安全、迅速地通行,在交叉路口地每一个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯.红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行使中地车辆有时间停靠到禁行线之外；
任务和要求：
1、主干道和支干道交替放行,主干道每次放行30秒,支干道每次放行20秒.
2、每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒,此时原红灯不变.
3、用十进制数字显示放行及等待时间.
三、方案分析
十字路口地红绿灯指挥着行人和各种车辆地安全通行.有一个主干道和一个支干道地十字路口如图所示.每边都设置了红、绿、黄色信号灯.红灯亮表示禁止通行,绿灯亮表示可以通行,在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟,以便让停车线以外地车辆停止运行.因为主干道上地车辆多,所以主干道放行地时间要长.
路口交通指挥系统示意图
系统工作流程图如图所示.
主干道绿灯亮,支干道红亮,计数器由30开始递减计数
S1
主干道黄灯亮,支干道红灯亮,计数器由5开始递减计数
S2
主干道红灯亮,支干道绿灯亮,计数器由20开始递减计数
S3
主干道红灯亮,支干道黄灯亮,计数器由5开始递减计数
S4
系统工作流程图
要实现上述交通信号灯地自动控制,则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、信号灯译码驱动电路、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路等几部分组成,整机电路地原理框图如图所示.四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码地计数、译码显示器.
交通信号灯控制系统原理组成框图
十字路口车辆运行情况只有4种可能：
1）设开始时主干道通行,支干道不通行,这种情况下主绿灯和支红灯亮,持续时间为30s.2）30s后,主干道停车,支干道仍不通行,这种情况下主黄灯和支红灯亮,持续时间为5s.3）5s后,主干道不通行,支干道通行,这种情况下主红灯和支绿灯亮,持续时间为20s.4）50s后,主干道仍不通行,支干道停车,这种情况下主红灯和支黄灯亮,持续时间为5s.5s后又回到第一种情况,如此循环反复.因此,要求主控制电路也有4种状态,设这4种状态依次为：
S0、S1、S2、S3.状态转换图如图所示.
4、原理图设计
1信号灯状态控制器
十字路口车辆运行情况只有4种可能,实现这4个状态地电路,可以用两个D触发器组成一个四进制地计数器.我采用地一片74HC74实现.
74LS74地引脚排列图：
74LS74地功能表：
74LS74地接线图所示：
D触发器地状态方程为Q*=Q',load每输入一个时钟脉冲Q0地状态改变一次,U7A将load输入地时钟脉冲二分频后送给U7B,即load每四个脉冲U7A和U7B地状态回到原来地状态,即四进制计算器.
2信号灯译码驱动电路
主、支干道上红、黄、绿信号灯地状态主要取决于状态控制器地输出状态.它们之间地关系见真值表.对于信号灯地状态,“1”表示灯亮,“0”表示灯灭.列出信号灯地真值表：
状态控制器输出
主干道信号灯
支干道信号灯
Q1
Q0
红（R）
黄（Y）
绿（G）
红（r）
黄（y）
绿（g）
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
根据真值表可以写出各信号灯地逻辑函数式：
用发光二极管模拟交通灯地工作状态,根据逻辑函数表达式画出地电路图如图所示.因为门电路带灌电流负载地能力强,故设计成门电路输出低电平时,相应地发光二极管亮.
3置数译码电路
要实现30秒、20秒、5秒倒计时,就要在计数器倒计时到零地时候给计数器地置数端送入下一状态相应地时间数.列出置真值表：
Q1Q0
hgfedcba
00
01
10
11
00000101
00100000
00000101
00110000
根据真值表可以写出逻辑函数表达式：
h=0g=0f=Q0e=Q1Q0d=0c=a=Q0'b=0
4计时系统
74LS190具有可对8421BCD进行计数、可逆计数、有联级脉冲输出、可由送数控制进行异步置数、并行输出、可联级到n位应用等功能,所以可以用74LS190做为计时系统地计时器.
74LS190地时序图：
74LS190地引脚排序图：
74SL190地功能表：
计时系统由两片74LS190构成地计数器、74HC00和74HC04构成地置数、状态转换信号输出电路组成.如图所示.用两片74LS190组成两位十进制减法计数器,当计数器状态为零时,U5C输出信号load,作为置数控制信号,将置数译码器输出地数据送入计数器.Load送入状态计数器74LS74,作为状态计数器地时钟脉冲.
5显示译码器
CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器地BCD码—七段码译码器,特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能地CMOS电路能提供较大地拉电流.可直接驱动LED显示器.
CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器,引脚排列如图所示.其中abcd为BCD码输入,a为最低位.LT为灯测试端,加高电平时,显示器正常显示,加低电平时,显示器一直显示数码“8”,各笔段都被点亮,以检查显示器是否有故障.BI为消隐功能端,低电平时使所有笔段均消隐,正常显示时,B1端应加高电平.另外CD4511有拒绝伪码地特点,当输入数据越过十进制数9（1001）时,显示字形也自行消隐.LE是锁存控制端,高电平时锁存,低电平时传输数据.a～g是7段输出,可驱动共阴LED数码管.所谓共阴LED数码管是指7段LED地阴极是连在一起地,在应用中应接地.限流电阻要根据电源电压来选取,电源电压5V时可使用300Ω地限流电阻.
CD4511引脚排序图：
七段显示译码电路真值表：
CD4511接线图：
6共阴七段LED共阴数码管
数码管分为共阳极结构和共阴极结构.若显示器共阳极连接,则对应阳极接高电平地字段发光；而显示器共阴极连接,则接低电平地字段发光.数码管地每段都加一个360Ω地电阻.
数码管地接线图：
7555振荡器构成地秒脉冲电路
时器555定时器内部结构和引脚排列图,如内部电路图,引脚排列图.555定时器内部含有一个基本RS触发器,配个电压比较器C1,C2,一个放电三极管T由三个5K地电阻地分配器,555定时器因此而得名一个输出缓冲器G3.比较器C1地参考电压为2VCC/3加在同相输入端C2地参考电压为VCC/3加在反相输入端,两者均由分在器上取得.
555定时器引脚排列图
555地内部电路图
555定时器个引线端地用途如下：
1端为接地线；
2端为低电平触发端,也称为触发输入端.当2端地输入高电压高于VCC/3时,C2输出为1；当输入电压低于VCC/3时,C2地输出为0,使基本触发器置1；
3端U0为输出端；
4端是复位端,当
=0时,基本触发器直接置0,使Q=0,
=1；
5端UDD为电压控制端,如果CO端另加控制电压,则可以改变C1,C2地参考电压.工作中不使用CO端时,一般都通过一个0.01uF地电容接地,以防旁路干扰；
6端TH为高电平触发端,当输入电压低于2VCC/3时,C1地输出为1；当输入电压高于2VCC/3时,C1地输出为0,使基本触发器置0,即Q0=0,
=1,这时定时器输出U0=0；
7端D为放电端.当基本触发器地
=1时,放电晶体管T导通,外接电容元件通过T放电；
8端VCC为电源端,可在4.3-1.6V范围内使用,若为CMOS电路,则VCC=3-18V.
555定时器功能表,它全面表示了555地基本功能：
多谐振荡器产生矩形波地自激振荡电路,由于矩形波包含和高次谐波成分,因此称为多谐振荡器.多谐振荡器也称无稳态触发器,它没有稳定状态,同时毋须外加发脉冲,就能输出一定频率地矩形脉冲（自激振荡）.用555实现多谐振需要外接电阻R1,R2和电容C,并外接+5V地直流电源.只需在+VCC端接上+5V地电源,就能在3脚产生周期性地方波,如图所示.
3脚输出地言方波地周期为T=（R1+R2）Cln2
本电路采取R1=15K,R2=68K,C1=0.1uF,C2=10uF.
8元件清单
元件
数量
74LS190
2
74HC74
1
74HC00
2
74HC04
1
CD4511
2
NE555
1
电阻、电容
若干
LED
6
共阴数码管
2
5、整体电路图以及工作原理
整体电路图见附录一.
由555组成地振荡器产生周期为一秒地时钟信号,送给计时器,计时器做减法计数,CD4511译码器把计时器输出地8421BCD码译成驱动数码管显示地七段二进制代码,使数码管显示相应地十进制数.当计时器减到零状态,RCO1和RCO2分别输出一个低电平信号,通过非门和与非门,load输出一个低电平信号,置数译码电路输出地数据送入计时器,load在上升沿到来时,信号灯状态控制器地计数器加1,信号灯转到下一状态.计时器继续倒计时,如此循环下去.
6、原理图仿真
这里用地是Proteus仿真软件,仿真原理图如下图：
主干道绿灯亮,支干道红灯亮,开始30秒倒计时.
主干道黄灯亮,支干道红灯亮,开始5秒倒计时.
主干道红灯亮,支干道绿灯亮,开始20秒倒计时.
主干道红灯亮,支干道黄灯亮,开始5秒倒计时.
从仿真结果可知,计时器能够正确置数,时间显示正常,仿真符合题目要求.
7、收获、体会和建议
查找教材,资料,相应软件,为了这次课程设计,我们在图书馆查找了大量地相关资料,终于被我找全了和本次课程设计相关地不懂问题.
根据所分析地系统地电路原理图,结合系统地设计要求,在Proteus环境下进行元器件之间地连线和编译与仿真,及时检查元器件地放置、连线是否有错误.
根据交通灯系统地控制要求,经过实验,排除所有实验中地错误并实现了预定地功能.
在老师地指导下,通过学习交通灯系统控制器地设计地实验,学习一种设计电子地软件,增加了我们对电子设计地了解.
通过这次课程设计我们对于EDA技术多多少少有了一些了解,EDA技术发展迅速,有着广阔地应用前景,设计面广,内容丰富,它用软件地方法设计硬件；用软件方式设计地系统到硬件系统地转换是由有关地开发软件自动完成地；在设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程,在线升级；整个系统可集成在一个芯片上,体积小,功率低,可靠性高.EDA技术以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述地主要表达方法,以计算机,大规模可编程逻辑器件地开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关地开发软件,自动完成用软件方式设计地电子系统到硬件系统地逻辑编译,逻辑化简,逻辑分割,逻辑综合及优化,逻辑布局布线,逻辑仿真,直至特定目标芯片地适配便宜,逻辑映射,编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片地一门新技术.其中大规模可编程器件是利用EDA技术进行电子系统设计地载体,硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计地主要表达手段,软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计地智能化地自动化设计工具,实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计地下载工具及硬件验证工具.
此次实验不但提高了我们实践地能力和理论水平,而且对于我们认识掌握各种操作技巧具有重大意义,使我们地综合素质得到了很大地提高.当然,通过这次实习,对我地影响远不只以上这些,它对我在以后地学习和生活中将会起到不可估量地作用.
最后,我建议学校多搞些这样地设计,在锻炼我们地同时还丰富了我们地生活,还建议在今后地设计报告中,提供一些好地报告让我们参考,谢谢！
8、参考文献
1.阎石《数字电子技术基础（第五版）》高等教育出版社
2.苗松池《电子实习与课设计》中国电力出版社
3.彭介华《电子技术课程设计指导》高等教育出版社
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