交通燈課程設(shè)計(jì)-- 交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級(jí): </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　學(xué)生姓名 ： </p><p><b>　　指導(dǎo)教師: </b></p>

2、<p><b>　　完成時(shí)間：</b></p><p><b>　　一、內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本電路通過(guò)由兩個(gè)D觸發(fā)器組成的四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和由與非門組成的譯碼器來(lái)控制主干道和支干道紅、黃、綠燈的狀態(tài)變化，從而達(dá)到疏導(dǎo)車輛安全順利通過(guò)十字路口的作用；計(jì)時(shí)器由兩個(gè)74LS190計(jì)數(shù)器組成，分別用于計(jì)時(shí)間的十位和個(gè)位；顯示譯碼器

3、把74LS190輸出的BCD碼譯成7位二進(jìn)制代碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的BCD碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。</p><p>　　二、交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</p><p>　　由一條主干道和一條支干道的匯合形成十字路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每一個(gè)入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行使中的車輛有時(shí)間?？康浇芯€之外；</p>

4、<p><b>　　任務(wù)和要求：</b></p><p>　　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。</p><p>　　每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒，此時(shí)原紅燈不變。</p><p>　　用十進(jìn)制數(shù)字顯示放行及等待時(shí)間。</p><p><b>　　三、方案分析

5、</b></p><p>　　十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個(gè)主干道和一個(gè)支干道的十字路口如圖所示。每邊都設(shè)置了紅、綠、黃色信號(hào)燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時(shí)先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運(yùn)行。因?yàn)橹鞲傻郎系能囕v多，所以主干道放行的時(shí)間要長(zhǎng)。</p><p>　　路口交通指揮系統(tǒng)示意圖</p>&l

6、t;p>　　系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作流程圖</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)上述交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制，則要求控制電路由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成，整機(jī)電路的原理框圖如圖所示。四個(gè)路口設(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計(jì)數(shù)、譯碼顯示器。</

7、p><p>　　交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)原理組成框圖</p><p>　　十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能：1）設(shè)開(kāi)始時(shí)主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時(shí)間為30s。2）30s后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時(shí)間為5s。3）5s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時(shí)間為20s。4）50s后，主干道仍不通行，支干道停車

8、，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時(shí)間為5s。5s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復(fù)。因此，要求主控制電路也有4種狀態(tài)，設(shè)這4種狀態(tài)依次為：S0、S1、S2、S3。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。</p><p><b>　　原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1 信號(hào)燈狀態(tài)控制器</p><p>　　十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能，實(shí)現(xiàn)這4個(gè)狀態(tài)的

9、電路，可以用兩個(gè)D觸發(fā)器組成一個(gè)四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。我采用的一片74HC74實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　74LS74的引腳排列圖：</p><p>　　74LS74的功能表：</p><p>　　74LS74的接線圖所示：</p><p>　　D觸發(fā)器的為Q*=Q',load每輸入一個(gè)脈沖Q0的狀態(tài)改變一次，U7A將load輸入的信號(hào)二分

10、頻后送給U7B,即load每四個(gè)脈沖U7A和U7B的狀態(tài)回到原來(lái)的狀態(tài)，即四進(jìn)制計(jì)算器。</p><p>　　2 信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　主、支干道上紅、黃、綠信號(hào)燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關(guān)系見(jiàn)真值表2。對(duì)于信號(hào)燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。列出信號(hào)燈的真值表：</p><p>　　根據(jù)真值表可以寫出各信號(hào)燈的

11、邏輯函數(shù)式：</p><p>　　用發(fā)光二極管模擬交通燈的工作狀態(tài)，根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出的電路圖如圖所示。因?yàn)殚T電路帶灌電流負(fù)載的能力強(qiáng)，故設(shè)計(jì)成門電路輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管亮。</p><p><b>　　3 置數(shù)譯碼電路</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)30秒、20秒、5秒倒計(jì)時(shí)，就要在計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到零的時(shí)候給計(jì)數(shù)器的置數(shù)端送

12、入下一狀態(tài)相應(yīng)的時(shí)間數(shù)。列出置真值表：</p><p>　　根據(jù)真值表可以寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式：</p><p>　　h=0 g=0 f=Q0 e=Q1Q0 d=0 c=a=Q0' b=0</p><p><b>　　4 計(jì)時(shí)系統(tǒng)</b></p><p>　　74LS190具有可對(duì)8421BCD進(jìn)

13、行計(jì)數(shù)、可逆計(jì)數(shù)、有聯(lián)級(jí)脈沖輸出、可由送數(shù)控制進(jìn)行異步置數(shù)、并行輸出、可聯(lián)級(jí)到n位應(yīng)用等功能，所以可以用74LS190做為計(jì)時(shí)系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器。</p><p>　　74LS190的時(shí)序圖：</p><p>　　74LS190的引腳排序圖：</p><p>　　74SL190的功能表：</p><p>　　計(jì)時(shí)系統(tǒng)由兩片74LS190構(gòu)成的計(jì)數(shù)

14、器、74HC00和74HC04構(gòu)成的置數(shù)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出電路組成。如圖所示。用兩片74LS190組成兩位十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器狀態(tài)為零時(shí)，U5C輸出信號(hào)load,作為置數(shù)控制信號(hào)，將置數(shù)譯碼器輸出的數(shù)據(jù)送入計(jì)數(shù)器。Load送入狀態(tài)計(jì)數(shù)器74LS74，作為狀態(tài)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)脈沖。</p><p><b>　　5 顯示譯碼器</b></p><p>　　CD4511

15、是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。</p><p>　　CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯

16、示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電

17、壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。</p><p>　　CD4511引腳排序圖：</p><p>　　七段顯示譯碼電路真值表：</p><p>　　CD4511接線圖：</p><p>　　6 共陰七段LED共陰數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管分為共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)和共陰極結(jié)構(gòu)。若顯示器共陽(yáng)極連接，則對(duì)應(yīng)陽(yáng)極接高電平的字段

18、發(fā)光；而顯示器共陰極連接，則接低電平的字段發(fā)光。數(shù)碼管的每段都加一個(gè)360Ω的電阻。</p><p><b>　　數(shù)碼管的接線圖：</b></p><p>　　7 555振蕩器構(gòu)成的秒脈沖電路</p><p>　　時(shí)器555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列圖，如內(nèi)部電路圖，引腳排列圖。555定時(shí)器內(nèi)部含有一個(gè)基本RS觸發(fā)器，配個(gè)電壓比較器C1,C2,

19、一個(gè)放電三極管T由三個(gè)5K的電阻的分配器，555定時(shí)器因此而得名一個(gè)輸出緩沖器G3。比較器C1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的參考電壓為VCC/3加在反相輸入端，兩者均由分在器上取得。</p><p>　　555定時(shí)器引腳排列圖</p><p>　　圖 555的內(nèi)部電路圖</p><p>　　555定時(shí)器個(gè)引線端的用途如下：</p>&l

20、t;p><b>　　1端為接地線；</b></p><p>　　2端為低電平觸發(fā)端，也稱為觸發(fā)輸入端。當(dāng)2端的輸入高電壓高 于VCC/3時(shí)，C2輸出為1；當(dāng)輸入電壓低于VCC/3時(shí)，C2的輸出為0，使基本觸發(fā)器置1；</p><p><b>　　3端U0為輸出端；</b></p><p>　　4端是復(fù)位端，當(dāng)=0時(shí)，

21、基本觸發(fā)器直接置0，使Q=0，=1；</p><p>　　5端UDD 為電壓控制端，如果CO 端另加控制電壓，則可以改變C1，C2的參考電壓。工作中不使用CO 端時(shí)，一般都通過(guò)一個(gè)0.01uF的電容接地，以防旁路干擾；</p><p>　　6端TH 為高電平觸發(fā)端，當(dāng)輸入電壓低于2VCC/3時(shí)，C1的輸出為1；當(dāng)輸入電壓高于2VCC/3時(shí)，C1的輸出為0，使基本觸發(fā)器置0，即Q0=0，=1

22、，這時(shí)定時(shí)器輸出U0=0；</p><p>　　7端D為放電端。當(dāng)基本觸發(fā)器的=1時(shí)，放電晶體管T導(dǎo)通，外接電容元件通過(guò)T放電；</p><p>　　8端VCC為電源端，可在4.3-1.6V范圍內(nèi)使用，若為CMOS電路，則VCC=3-18V。</p><p>　　555定時(shí)器功能表，它全面表示了555的基本功能：</p><p>　　多諧振

23、蕩器產(chǎn)生矩形波的自激振蕩電路，由于矩形波包含和高次諧波成分，因此稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)毋須外加發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。用555實(shí)現(xiàn)多諧振需要外接電阻R1，R2和電容C，并外接+5V的直流電源。只需在+VCC端接上+5V的電源，就能在3腳產(chǎn)生周期性的方波，如圖所示。</p><p>　　3腳輸出的言方波的周期為 T=(R1+R2)Cln2</

24、p><p>　　本電路采取R1=15K,R2=68K,C1=0.1uF,C2=10uF。</p><p><b>　　8 元件清單</b></p><p>　　整體電路圖以及工作原理</p><p><b>　　整體電路圖見(jiàn)附錄。</b></p><p>　　由555組成的振蕩

25、器產(chǎn)生周期為一秒的時(shí)鐘信號(hào)，送給計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器做減法計(jì)數(shù)，CD4511譯碼器把計(jì)時(shí)器輸出的8421BCD碼譯成驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的七段二進(jìn)制代碼，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)器減到零狀態(tài)，RCO1和RCO2分別輸出一個(gè)低電平信號(hào)，通過(guò)非門和與非門，load輸出一個(gè)低電平信號(hào)，置數(shù)譯碼電路輸出的數(shù)據(jù)送入計(jì)時(shí)器，load在上升沿到來(lái)時(shí)，信號(hào)燈狀態(tài)控制器的計(jì)數(shù)器加1，信號(hào)燈轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)。計(jì)時(shí)器繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。</p><p&

26、gt;<b>　　原理圖仿真</b></p><p>　　這里用的是Proteus仿真軟件，仿真原理圖如下圖：</p><p>　　主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，開(kāi)始30秒倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，開(kāi)始5秒倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，開(kāi)始20秒倒計(jì)時(shí)。</

27、p><p>　　主干道紅燈亮，支干道黃燈亮，開(kāi)始5秒倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　從仿真結(jié)果可知，計(jì)時(shí)器能夠正確置數(shù)，時(shí)間顯示正常，仿真符合題目要求。</p><p><b>　　收獲、體會(huì)和建議</b></p><p>　　兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)一眨眼就過(guò)去了。在這短短的兩個(gè)星期里，我們完成了從電路的單元構(gòu)思到整體設(shè)計(jì)到后來(lái)的

28、設(shè)計(jì)完成、軟件仿真再到最后的安裝調(diào)試的成功。雖然這期間我們經(jīng)歷了許多挫折和失敗的探索，付出了很多時(shí)間和汗水，但最后我們成功了。心中的喜悅與成就感是不言而喻的。</p><p>　　剛接到設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，我感覺(jué)一頭霧水。因?yàn)橛幸欢螘r(shí)間沒(méi)接觸數(shù)電了所以對(duì)所學(xué)的東西開(kāi)始感到陌生，更何況本次課程設(shè)計(jì)綜合性很強(qiáng)，要求我們發(fā)散思維設(shè)計(jì)電路。雖然老師講解指導(dǎo)之后有點(diǎn)頭緒了，但一開(kāi)始我還是不知從何下手。從圖書館借閱資料后，我參考老師

29、給我們的總體框圖，先確定每個(gè)模塊可能要用到哪些芯片然后熟悉它們的引腳和功能表。我漸漸地有了頭緒：原來(lái)用我們學(xué)過(guò)的知識(shí)就都可以設(shè)計(jì)出各個(gè)模塊，只要把每個(gè)模塊設(shè)計(jì)好了然后連起來(lái)就基本完成了。</p><p>　　仿真成功后，在實(shí)際接線測(cè)試的過(guò)程中我們遇到了更多問(wèn)題。故障產(chǎn)生的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡(jiǎn)單故障，有的是多種原因相互作用引起的故障。比如說(shuō)接線板部分區(qū)域損壞或接觸不好、芯片損壞、導(dǎo)線老化、

30、線路干擾、外界干擾而造成的顯示數(shù)據(jù)紊亂不穩(wěn)定，還有就是芯片管腳懸空并不一定是高電平等實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)我們把所有問(wèn)題解決后重啟電源發(fā)現(xiàn)顯示器一開(kāi)始并沒(méi)清零從第一步開(kāi)始。原來(lái)我們沒(méi)有接清零開(kāi)關(guān)進(jìn)來(lái)，而在仿真中不清零也自動(dòng)從頭開(kāi)始。接線是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，不僅要細(xì)致、耐心、堅(jiān)持，還要靜下心來(lái)調(diào)試。</p><p>　　在這短短兩個(gè)星期內(nèi)，遇到困難有過(guò)苦惱的時(shí)候，但最重要的是我們都克服了。我們不僅強(qiáng)化了理論知識(shí)，也增強(qiáng)了動(dòng)手能

31、力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，開(kāi)闊了我們的眼界，同時(shí)也加強(qiáng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作的意識(shí)。</p><p>　　最后，我建議學(xué)校多搞些這樣的設(shè)計(jì)，在鍛煉我們的同時(shí)還豐富了我們的生活，還建議在今后的設(shè)計(jì)報(bào)告中，提供一些好的報(bào)告讓我們參考，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　閻石 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）》