简易交通灯控制电路.docx

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简易交通灯控制电路

郑州轻工业学院

电子技术课程设计

题目：

简易交通灯控制电路

姓名：

XXX

专业班级：

电气卓越11-01

学号：

54110102XXXX

院（系）：

电气信息工程学院

指导教师：

曹卫锋

完成时间：

2013年6月28日

郑州轻工业学院

课程设计任务书

题目简易交通灯控制电路

专业电气卓越11-1学号XXXXXXXXX姓名XXX

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容

1．阅读相关科技文献。

2．学习电子制图软件的使用。

3．学会整理和总结设计文档报告。

4．学习如何查找器件手册及相关参数。

技术要求

1.要求控制一个十字路口的交通灯。

2.设定南北，东西向交通灯显示时间一样。

3.设定红灯绿灯均显示30秒，红灯绿灯切换时黄灯显示2秒。

4.要求红黄绿灯用发光二极管表示，并且显示出时间。

主要参考资料

1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月

3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月

4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月

5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

完成期限：

2013年6月28日

指导教师签章：

专业负责人签章：

2013年6月22日

简易交通灯控制电路

摘要

本设计是脉冲数字电路的简单应用，设计了交通信号灯红灯和绿灯30秒和黄灯2分钟倒计时持续发光。

此计时器功能智能，可以自行控制发不同的灯光，同时应用了七段数码管来显示时间。

此交通灯可以在实现红灯亮30秒然后红、黄灯亮2秒，然后在是绿灯亮30秒，之后是绿灯和黄灯亮2秒，接下来就是循环上述发光。

这在当今社会交通中具有广泛的应用价值，有效的减少交通拥堵和交通事故。

本电路主要有四个模块构成：

秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路和发光电路。

整个电路是有秒脉冲提供脉冲，有计数器进行计数功能向译码显示电路显示倒计时，而且也控制三种灯泡的发光。

关键词:

计数器译码显示电路发光电路秒脉冲

目录

1总体设计思路、基本原理和框图1

1.1设计思路1

1.2基本原理和框图1

2 单元电路设计3

2.1秒脉冲电路设计3

2.2倒计时电路数字显示设计3

2.3交通灯显示控制电路设计5

3元器件功能及其介绍7

3.174LS192功能介绍7

3.274LS00功能介绍8

3.3CD4511功能介绍9

4安装调试11

总结12

参考文献13

附录Ⅰ简易路灯控制电路14

附录Ⅱ元器件清单15

1总体设计思路、基本原理和框图

1.1设计思路

交通信号灯的主要功能是：

当正常工作的时候，先是红灯持续亮30秒，并有数码管倒计时。

当30秒结束的时候红灯亮变成红灯的黄灯都亮，并且倒计时变成2秒。

随后有绿灯亮，红灯和黄灯熄灭，时间也是30秒倒计时。

然后就是，绿灯和黄灯亮2秒，变成红灯亮30秒倒计时。

不断的循环的进行下去。

秒脉冲的产生：

有555构成的单稳态触发器，电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻R向电容C充电，当vC上升到2/3VCC时，触发器复位，Vo为低电平，放电BJTT导通，电容C放电，电路进入稳定状态。

适当的调节RC的乘机可以得到稳定的周期，tw=RCln3.

计数电路：

计数电路是有两个74LS192计数芯片实现的，74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，利用74LS192进行30秒和2秒的倒计时功能的实现。

数码管显示电路：

主要是有数码管和两个CD4511BCD转码芯片实现显示数字的。

CD4511是一个驱动共阴极数码管显示器的BCD—七段译码器。

特点是：

具有BCD转换，消隐和锁存控制，七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

发光电路:

发光电路是有六个三种颜色的二极管组成的，其是受门电路和一个计数器74LS192共同控制的，发出四种不同状态的灯光组合。

1.2基本原理和框图

在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。

红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。

由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为30秒；等待时间为2秒。

要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、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，整机电路的原理框图如图所示。

四个路口设有红、黄、绿三色灯和两位8421BCD码的计数、译码显示器，原理图如图1-1所示。

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2s。

3）2s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30s。

4）30s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2s。

2s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1-2所示。

2 单元电路设计

2.1秒脉冲电路设计

由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源，其单脉冲电路如图2-1所示。

图2-1555组成的单脉冲电路

参数计算：

1.脉冲产生电路：

a.用555组成的脉冲产生电路:

R1=15*103Ω   R2=68*103Ω   C=10μF   

则555所产生的脉冲的为:

f=1.43/[（R1+2*R2）*103*10*106=0.947Hz,而设计要求为1Hz,因此其误差为5.3%,在精度要求不是很高的时候可以使用.

2.2倒计时电路数字显示设计

十字路口车辆运行情况只有4种可能，实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。

这里采用二-十进制计数器74LS192实现。

有下图2-2我们可以看到，两个数码管是有两个74LS192共同控制的，然后有CD4511实现对数码管的显示编码。

刚开始的时候是对数码管的高电位一个初始值，对低电位为0.当高电位初始值减数到0且开始借位时，对低电位一个初始值，此时高电位初始值为0.

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，利用74LS192进行30秒和2秒的倒计时功能的实现。

数码管显示电路：

主要是有数码管和两个CD4511BCD转码芯片实现显示数字的

图2-2计数器数码显示电路

首先给74LS192输入端设定一个初始值，这里我在十位上设置的是3，在各位上设置的是2。

但是前提是十位上的3减数完了需要借位的时候各位上才会自位为2，否则为0。

有减位计数器在减数的过程中通过译码器将74LS192输出的数据通过BCD码转换来控制数码管的显示数字。

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的字段发光；而显示器共阴极连接，则接低电平的字段发光。

此次设计采用的是共阴极连接如图2-3所示。

图2-3共阴极数码管

共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点K，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及DP（小数点）。

2.3交通灯显示控制电路设计

计数器的作用有二：

一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30s、2s二种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。

如下图2-4所示。

图2-4控制计数器门电路

通过十位上的74LS192计数器的借位信号脉冲对另外的一个计数器进行输入脉冲，来控制各位和十位上的74LS192计数器的置位和减计数。

然后有计数的信号通过和十位上的借位信号进行门电路的控制来控制交通灯的变化。

图2-5计数器控制交通灯

如上图2-5所示，右边的二极管和下边的二极管书相反的，当右边的红灯亮的时候下面的绿灯亮；当右边的红灯和黄灯亮的时候，下面的绿灯和黄灯亮；当右边的绿灯亮的时候，下边的红灯亮；当右边绿灯和黄灯亮的时候，下边的红灯和黄灯亮。

于此同时，灯的不同亮法是有如图所示的74LS192和减数计数的两个74LS192共同通过74LS00来控制的。

3元器件功能及其介绍

3.174LS192功能介绍

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图3-1所示。

图3-174LS192的引脚排列及逻辑符号（a）引脚排列 （b）逻辑符号

其功能表3-1如下。

表3-174LS192的功能表

             输入

    输出

MR

P3

P2

P1

P0

Q3

Q2

Q1

Q0

 1

 ×

 ×

 ×

×

×

×

×

0

0

0

0

 0

 0

 ×

 ×

d

c

b

a

d

c

b

a

 0

 1

 1

×

×

×

×

   加计数

 0

 1

 1

×

×

×

×

   减计数

表3-1中：

PL为置数端，CPU为加计数端，CPD为减计数端，TCU为非同步进位输出端，TCD为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

3.274LS00功能介绍

74LS00功能：

7脚接地，14脚接5V电源，3、6、8、11为输出端，其余脚为输入端。

四个2输入与非门74ls00是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。

Vcc4B4A4Y3B3A3Y分别是141312111098（Y=AB），2输入四正与非门74LS00。

1234567分别是1A1B1Y2A2B2YGND。

74LS00真值表如下表3-2.D9u838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

表3-274LS00真值表

Inputs输入

输出

A

B

Y

L

L

H

L

H

H

H

L

H

H

H

L

74LS00的结构是2输入有四个与非门和电源、接地端组成的，其内部结构图如下图3-2所示。

D9u838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

图3-274LS00引脚图

3.3CD4511功能介绍

图3-3引脚图

其功能介绍如下：

BI：

4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：

3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：

锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：

为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。

其引脚图如3-3所示。

各引脚的名称：

其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示  a、b、c、d、e、f、g。

左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。

CD4511的工作真值表如表3-3。

表3-3CD4511的真值表

输       入

输       出

LE

BI

LI

D

C

B

A

a

b

c

d

e

f

g

显示

X

X

0

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

X

0

1

X

X

X

X

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

6

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

9

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

消隐

1

1

1

X

X

X

X

锁      存

锁存

4安装调试

在电路板上按整机框图把主控制器、计数器、信号灯译码器、数子显示译码器和秒脉冲信号发生器焊接好然后按以下步骤进行调试。

1．秒脉冲信号发生器的调试，按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出设计符合设计要求。

2．将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否是按11、10、01、00、11…的规律变化。

3．将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X0、X1，并把主控制器的状态信号送入主控制器的CP端，观察计说器是否按30秒、2秒、30秒、2秒、30秒…循环计数。

4．把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯的译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。

5．整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。

总结

通过此次交通控制信号灯的分析和设计，我深深感到学好数字逻辑电路的重要性。

这一次设计对我来说，感触最深的就是要想做好一个设计课题首先要对每一部分所涉及的知识点掌握好，只有这样才能对设计做的得心应手。

在整个设计的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。

在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以更顺利。

参考文献

1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月

3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月

4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月

5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

6．郭继忠，黄继昌编著，控制专用集成电路机器应用，人民邮电出版社，2006

7．孙余凯项绮明等编著.精选实用电子电路260例.电子工业出版社,2007

8．张洪润吕泉编著.电子线路及应用.清华大学出版社,2005

9．张洪润主编.电子线路与电子技术.清华大学出版社,2005

10．张玉莲主编.传感器与自动检测技术.机械工业出版社,2007

附录Ⅰ简易路灯控制电路

附录Ⅱ元器件清单

元件名称

规格及作用

数量

74LS192

十进制减计时器

3

CD4511

译码器

2

七段数码显示器

共阴极

2

74LS00

四路二输入与非门

1

发光二极管

普通

6

CC4011

四二输入或非门

1

555

产生脉冲

1

电容

0.01uf

1

电容

0.1uf

1

电阻

10k

1

电阻

2k

1

电阻

5.1k

1

电阻

400

6

导线

连接

若干