交通灯控制电路设计数电课程设计+数字电路课程设计.docx

1、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

2、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

3、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

4、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(00 01 10 11)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1-1 74160 的状态表 CL

5、R LOAD ENP ENT CLK A B D C QA QB OC OD 0 X X X X X X X X 0 0 0 0 1 0 0 0 POS X X X X A B C D 1 1 1 1 POS X X X X Count 1 1 1 X X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 1 1 X 1 X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 设状态编码为：S0=0000 S1=0001 S2=0010 S3=0011，则其状态表为： 表1-2 状态编码与信号灯关系表 Qd Qc Qb Qa G1 Y1 R1 G2 Y2 R2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

6、 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 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1-3 7447 状态表 Inputs Outputs No. LT RBI D C B A BI/RBO | a b c d e f g -|-|-|-|-|- 0 | 1 | 1 | 0 0 0 0 | 1 | 1 1

7、1 1 1 1 0 1 | 1 | X | 0 0 0 1 | 1 | 0 1 1 0 0 0 0 2 | 1 | X | 0 0 1 0 | 1 | 1 1 0 1 1 0 1 3 | 1 | X | 0 0 1 1 | 1 | 1 1 1 1 0 0 1 -|-|-|-|-|- 4 | 1 | X | 0 1 0 0 | 1 | 0 1 1 0 0 1 1 5 | 1 | X | 0 1 0 1 | 1 | 1 0 1 1 0 1 1 6 | 1 | X | 0 1 1 0 | 1 | 0 0 1 1 1 1 0 7 | 1 | X | 0 1 1 1 | 1 | 1 1 1 0 0 0

8、0 -|-|-|-|-|- 8 | 1 | X | 1 0 0 0 | 1 | 1 1 1 1 1 1 1 9 | 1 | X | 1 0 0 1 | 1 | 1 1 1 0 0 1 1 表 1-4 状态编码与时间关系表 开关(s) A B C 时间（T） 1 1 0 0 5 2 0 1 0 25 3 0 0 1 30 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

9、 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) A B C 时间（T） 1 1 0 0 35 2 0 1 0 20 3 0 0 1 5 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 1-4 74190 的状态表 CTEN D/U CLK LOAD A B C D QA QB QC QD 0 X X 0 X

10、X X X A B C D 0 1 POS 1 X X X X Count Down 0 0 POS 1 X X X X Count Up 1 X X X X X X X Qa0 Qb0 Qc0 Qd0 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

11、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，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698。假如把通行时间设为45 秒，就像图-5的接法，A 接

12、 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 ） 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”（0000 0101）时，

13、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。

14、 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

15、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698 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

16、。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