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文檔簡介
1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)交通燈控制電路 學(xué)院: 專業(yè),班級: 姓名: 學(xué)號: 指導(dǎo)教師 交通燈控制電路設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)任務(wù)和要求為了確保十字路口的車輛順利暢通地行駛,往往都采用自動控制的交通信號燈來進(jìn)行指揮。其中紅燈(r)亮,表示該條道路禁止通行;黃燈(y)亮表示停車;綠燈(g)亮表示允許通行。設(shè)計(jì)一個十字路口交通信號燈控制器,其要求如下:1.設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為nsr,nsy,nsg;東西方向的紅、黃綠燈分別為ewr,ewy,ewg。2.滿足兩個方向的工作時(shí)序:東西方向紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于南北方向黃、綠燈亮的時(shí)間之和;南北方向紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于東西方向黃、綠燈亮的時(shí)間之和。一個周期為60秒,其中,
2、綠燈亮25秒,黃燈亮5秒,紅燈亮30秒。其中nsg(ewr)nsr(ewg),黃燈用于閃爍提示綠燈變?yōu)榧t燈。交通燈順序工作流程圖如圖1所示:南北亮紅燈30秒后亮綠燈25秒東西亮綠燈25秒東西黃燈閃爍5下南北亮綠燈25秒后,南北黃燈閃爍5下東西亮紅燈30秒南北亮綠燈25秒 圖13.十字路口要有數(shù)字顯示裝置,作為時(shí)間提示,以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體要求為:當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r,置計(jì)數(shù)器為某一數(shù)值,然后以每秒減1的計(jì)數(shù)方式工作,直至減到數(shù)為“0”,十字路口紅、綠燈交換,一次工作循環(huán)結(jié)束,進(jìn)入另一個方向的工作循環(huán)。例如:當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí),置南北方向數(shù)字顯示為29,并使數(shù)顯計(jì)數(shù)器開始減“1”
3、計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)到綠燈滅而黃燈亮(閃耀)時(shí),數(shù)碼管顯示的數(shù)值應(yīng)為4,當(dāng)減法計(jì)數(shù)到“0”時(shí),黃燈滅,而南北方向的紅燈亮;同時(shí),使得東西方向的綠燈亮,并置東西方向的數(shù)碼管的顯示為29.4.可以通過開關(guān)將交通燈手動調(diào)整為夜間狀態(tài),夜間狀態(tài)為只有黃燈閃耀。黃燈一直閃耀,提醒過往行人注意.二總體框圖: 控 制 電 路譯碼譯碼譯碼譯碼東 西 道南 北 道夜間開關(guān)5秒30秒30秒秒發(fā)生器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)圖2根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求,參考交通燈控制器的邏輯電路主要框圖,設(shè)計(jì)方案可以從以下幾部分進(jìn)行考慮。1.1hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分因十字路口每個方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間比例分別為5:1:6,所以,如果選5秒為一單位時(shí)間
4、,則計(jì)數(shù)器每計(jì)數(shù)5秒輸出一個脈沖。這一部分模塊可用74ls160連為5進(jìn)制計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)。2.交通燈燈顯部分由燈亮?xí)r間比例可知,計(jì)數(shù)器每工作循環(huán)周期為12,所以可以選用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這里選用中規(guī)模74ls164 八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,根據(jù)狀態(tài)表可列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式。即由74ls164來控制各路口燈的亮滅。設(shè)計(jì)要求電路可以通過開關(guān)將交通燈手動調(diào)整為夜間狀態(tài),夜間狀態(tài)為只有黃燈閃耀??赏ㄟ^一單刀雙擲開關(guān)和與門來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)打到高電平時(shí)為正常工作狀態(tài),達(dá)到低電平時(shí)為夜間狀態(tài)。3. 數(shù)字顯示控制部分?jǐn)?shù)字顯示控制部分實(shí)際上是一個定時(shí)控制電路
5、。當(dāng)綠或紅燈亮?xí)r,使減法計(jì)數(shù)器開始工作,每來一個秒脈沖,使計(jì)數(shù)器減1,直到計(jì)數(shù)器為“0”停止。由于燈顯部分的頻率是數(shù)顯部分頻率的1/5,所以要用一個單穩(wěn)態(tài)連接數(shù)顯和燈顯部分。譯碼顯示可由計(jì)數(shù)器輸出驅(qū)動bcd碼七段譯碼器,計(jì)數(shù)器采用可預(yù)制加、減計(jì)數(shù)器,且讓其工作在減法計(jì)數(shù)狀態(tài)。三選擇器件 一整個實(shí)驗(yàn)用到的器件如下表所示;組數(shù) 器件 1 21hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分 選用555 74ls160交通燈燈顯部分 74ls164,74ls04, 74ls08,74ls11,74ls32燈顯部分 由74ls192 74ls04 , led發(fā)光二極管 選用555 74ls32,. 74ls08, u2504r
6、 表1二器件介紹 (1)74ls08 74ls08為二輸入端與門。由其邏輯功能表可得,其邏輯功能為“見0得0,全1得1”,即只要兩個輸入端口中有一個為0,則輸出z就為0,當(dāng) 輸入全為1時(shí),才有輸出z為1。 74ls081234567141312111098vcc 4b 4a 4y 3b 3a 3y1a 1b 1y 2a 2b 2y gnd 74ls08的邏輯表達(dá)式為:y=ab(2)74ls32 74ls32是2輸入或門,其邏輯符號和管腳圖如下圖所示?;蜷T的邏輯表達(dá)式為y=a+b,其邏輯功能表見下表。由其邏輯功能表可得,當(dāng)兩個輸入只要有一個為1時(shí),輸出就是1,只有兩個輸入都為0時(shí),輸出才是0,即
7、“見1得1,全0得0”。 74ls32邏輯功能表輸入輸出aby000011101111(3)74ls04 74ls04是反相器。反相器的功能表如下表所示,當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平,而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平,輸出與輸入的電平之間是反相向關(guān)系。非門的邏輯表達(dá)式為:y= 反相器功能表輸入a輸出y1001 (4)u2504r u2504r是四輸入端的或門,其器件的功能是,四個輸入端輸入見1為1。只有四個輸入端q0,q1,q2,q3中有一個輸入端輸入1時(shí)輸出y才為1,見1為1,全0為0。(5)555定時(shí)器介紹555定時(shí)器是由比較器c1和c2,基本rs觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管td三部分組
8、成。 vh是比較器c1的輸入端,v12是比較器c2的輸入端。c1和c2的參考電壓vr1和vr2由vcc經(jīng)三個五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端vco懸空時(shí),vr1=2/3vcc,vr2=1/3vcc。如果vco外接固定電壓,則vr1=vco,vr2=1/2vco. rd是置零輸入端。只要在rd端加上低電平,輸出端v0便立即被置成低電平,不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使rd處于高電平。圖中的數(shù)碼18為器件引腳的編號。 555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路,只要在外部配上適當(dāng)阻容元件,就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。(a)電路組成555集成定時(shí)器由四個部分組成: 1、 基本rs觸發(fā)器:
9、由兩個“與非”門組成2、 比較器:c1、c2是兩個電壓比較器3、分壓器:阻值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器,為比較器c1和c2提供參考電壓。4、晶體管開卷和輸出緩沖器: 晶體管vt構(gòu)成開關(guān),其狀態(tài)受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器g3,其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對定時(shí)器的影響。(b) 基本功能當(dāng)5腳懸空時(shí),比較器c1和c2比較電壓分別為2/3vcc和1/3vcc。當(dāng)vi12/3vcc,vi21/3vcc時(shí),比較器c1輸出低電平,比較器c2輸出高電平,基本rs觸發(fā)器被置0,放電三極管t導(dǎo)通,輸出端vo為低電平。 當(dāng)vi12/3vcc,vi21/3vcc時(shí),比較器c1輸出
10、高電平,比較器c2輸出低電平,基本rs觸發(fā)器被置1,放電三極管t截止,輸出端vo為高電平。當(dāng)vi11/3vcc時(shí),基本rs觸發(fā)器r =1、s =1,觸發(fā)器狀態(tài)不變,電路亦保持原狀態(tài)不變。綜合上述分析,可得555定時(shí)器功能表如下表所示。555定時(shí)器功能表輸 入輸 出閾值輸入(vi1)觸發(fā)輸入(vi2)復(fù)位()輸出()放電管t00導(dǎo)通 11截止10導(dǎo)通1不變不變?nèi)绻陔妷嚎刂贫耍?腳)施加一個外加電壓(其值在0-vcc之間),比較器的參考電壓將發(fā)生變化,電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化,進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。(6)74ls192.74ls192為十進(jìn)制同步加、減計(jì)數(shù)器(雙時(shí)鐘),既可進(jìn)行加法
11、計(jì)數(shù),又可進(jìn)行減法計(jì)數(shù),且有異步置數(shù)和清零功能。當(dāng)輸入脈沖接到cpu時(shí),計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù),當(dāng)輸入脈沖接到cpd時(shí)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)。如下圖74ls192的管腳圖所示,p0p3為輸人,q0q3為輸出,mr為清零端,并且為高電平有效,mr=1時(shí)產(chǎn)生異步清零信號,輸出為“0000”,因此在計(jì)數(shù)狀態(tài)下應(yīng)令mr=0。為置數(shù)端,當(dāng)=0時(shí)計(jì)數(shù)器置數(shù)。、分別為借位輸出和進(jìn)位輸出。 當(dāng)輸入脈沖接到cpu時(shí),計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù),當(dāng)輸入脈沖接到cpd時(shí)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)。如下圖74ls192的管腳圖所示,p0p3為輸人,q0q3為輸出,mr為清零端,并且為高電平有效,mr=1時(shí)產(chǎn)生異步清零信號,輸出為“0000”,因此在計(jì)數(shù)
12、狀態(tài)下應(yīng)令mr=0。為置數(shù)端,當(dāng)=0時(shí)計(jì)數(shù)器置數(shù)。、分別為借位輸出和進(jìn)位輸出。 (7)led發(fā)光二極管led是發(fā)光二極管light emitting diode的英文縮寫。led顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動,具有:耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點(diǎn)。目前l(fā)ed顯示屏作為新一代的信息傳播媒體,已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。管腳分別接輸出段的、(8)74ls8674ls86是四2輸入異或門。異或門的邏輯符號如右圖所示,由異或門的功能表可得,當(dāng)兩輸入端口輸入不同電平時(shí),輸出為高電平1;當(dāng)兩輸入端口輸入相同電平時(shí),輸出
13、為低電平0。(9)74ls1174ls11為三輸入的與門,由其邏輯功能表可得,其邏輯功能為“見0得0,全1得1”,即只要三個輸入端口中有一個為0,則輸出z就為0,當(dāng)輸入全為1時(shí),才有輸出z為1。(10)74ls16474ls164是8位移位寄存器,其邏輯功能表如下表所示。74ls164為上升沿觸發(fā),串行輸入,并行輸出,具有異步清零功能,當(dāng)=0時(shí),qaqh全為0,當(dāng)=1時(shí),若控制端a、b全為1時(shí),輸出端由qa 輸入1,且其它輸出端口依次為其前一時(shí)刻前一輸出端口的狀態(tài);當(dāng)a、b全為0時(shí),輸出端由qa 輸入0,且其它輸出端口依次為其前一時(shí)刻前一輸出端口的狀態(tài)。(11)74ls160:74ls160為
14、可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,其管腳圖如右圖所示。在ct74ls160中l(wèi)d為預(yù)置數(shù)控制端,d0-d3為數(shù)據(jù)輸入端,c為進(jìn)位輸出端,rd為異步置零端,q0-q3位數(shù)據(jù)輸出端,ep和et為工作狀態(tài)控制端。由其功能表可得,當(dāng)置數(shù)端為0時(shí),輸出全為0。預(yù)置數(shù)端為0,當(dāng)脈沖到達(dá)時(shí),計(jì)數(shù)器置數(shù);當(dāng)置數(shù)和預(yù)置數(shù)端都為1,且ep=et=1時(shí),計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù);當(dāng)ep=0,ep=1時(shí),輸出不變,且rco=0;當(dāng)et=1時(shí),各輸出及rco都保持不變。四功能模塊1.1hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻部分圖3 1hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖和分頻模塊圖此模塊右半部分用555定時(shí)器連成多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖,多諧振蕩器的周期為t=(r1+2r2)c2
15、。選定c為10nf,r1為0.901676m,則r2為72.1501m。將多諧振蕩器輸出的秒脈沖作為74ls160的脈沖,讓74ls160在秒脈沖的控制下工作。74ls160采用置數(shù)法連接為5進(jìn)制的計(jì)數(shù)器,將a、b、c、d四個輸入端口接地,由于74ls160的置數(shù)端是同步置數(shù),所以要在輸出為“0100”時(shí),產(chǎn)生置數(shù)信號,令計(jì)數(shù)器置為“0000”。又由于置數(shù)端是低電平有效,所以可通過qc加反相器再與其它三個輸出端口相與,作為置數(shù)信號。這樣連成的計(jì)數(shù)器就為5進(jìn)制計(jì)數(shù)器,并把置數(shù)信號加反相器作為分頻器的輸出,供給燈顯部分。2.交通燈燈顯模塊此模塊選用74ls164來實(shí)現(xiàn),74ls164的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如
16、表1所示。由此狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可得東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式,如表2所示。由于在綠燈變紅燈之前,黃燈要求閃耀幾次,所以用1hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖和ewy或nsy黃燈信號相“與”即可。對于要求電路可以通過開關(guān)將交通燈手動調(diào)整為夜間狀態(tài),夜間狀態(tài)只有黃燈閃耀。可通過一單刀雙擲開關(guān)和與門來實(shí)現(xiàn)。將各燈的控制信號都通過一個與門與開關(guān)處輸出的信號相與,令開關(guān)打到高電平時(shí)為正常工作狀態(tài),達(dá)到低電平時(shí)為夜間狀態(tài)。由于夜間紅綠燈都滅,黃燈閃爍,所以要將開關(guān)輸出的信號經(jīng)反相器后輸入與門。燈顯模塊的電路圖如圖4所示:圖4 交通燈燈顯模塊圖3. 數(shù)字顯示控制部分(1)由于在紅綠燈亮期間要進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示就要有譯碼顯
17、示電路,可將定時(shí)電路和三十進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出分別接南北,東西干道譯碼顯示電路。(2)定時(shí)電路(a)秒脈沖是交通管理器的時(shí)間基準(zhǔn),由于本課程對秒信號的要求不高,所以用一般的電路就可以實(shí)現(xiàn)可用數(shù)字鐘電路中實(shí)現(xiàn)1khz的555基礎(chǔ)定時(shí)器構(gòu)成的振動電路,將參數(shù)改為1hz的振動信號,也可以用rc環(huán)形振蕩器。在提供脈沖信號后,使減法計(jì)數(shù)器開始工作,每來一個秒脈沖,使計(jì)數(shù)器減1,直到計(jì)數(shù)器為“0”停止。由于燈顯部分的頻率是數(shù)顯部分頻率的1/5,所以要用一個單穩(wěn)態(tài)連接數(shù)顯和燈顯部分。(b)此模塊選用十進(jìn)制同步加、減計(jì)數(shù)器(雙時(shí)鐘)74ls192和七段數(shù)碼顯示管dcd_hex來實(shí)現(xiàn)。采用74ls192的減法計(jì)數(shù)功能
18、,把減計(jì)數(shù)脈沖輸入接秒脈沖,加計(jì)數(shù)脈沖輸入接高電平。每個路口用兩片74ls192設(shè)計(jì)為30進(jìn)制計(jì)數(shù)器,令第一片74ls192的借位輸出作為第二片的計(jì)數(shù)脈沖。數(shù)字顯示由29減到0,然后通過置數(shù)信號再次置為29,依次循環(huán)下去。觀察表1的74ls164狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,狀態(tài)5和狀態(tài)11時(shí),黃燈閃爍,而此時(shí)恰好有q4、q5狀態(tài)為1、0和0、1,若在此時(shí)采用一個異或門連接q4、q5,當(dāng)黃燈閃爍時(shí)異或門輸出1,由于燈顯部分的每一狀態(tài)持續(xù)時(shí)間為5秒,所以異或門輸出1的持續(xù)時(shí)間也為5秒,5秒之后又變?yōu)榈碗娖?,且低電平要持續(xù)25秒。此時(shí)若在異或門后接一個單穩(wěn)態(tài),且令暫態(tài)時(shí)間為1秒,由于單穩(wěn)態(tài)輸出為高電平,所以需通過一個反相器接到置數(shù)端,而74ls192是異步置數(shù),因此當(dāng)黃燈停止閃爍時(shí),數(shù)顯部分置數(shù)為29,新的循環(huán)開始。選用的七段譯碼顯示管dcd_hex具有譯碼功能。數(shù)字顯示部分的電路模塊圖如圖5所示。在multism2001中仿真次模塊,為了能夠盡快看到仿真結(jié)果,可將從燈控部分輸出的置數(shù)信號的頻率擴(kuò)大1000倍,即用200hz代替0.2hz,可見,兩組數(shù)碼顯示管顯示的數(shù)據(jù)從29減到0,再置數(shù)到29,再依次減到0,并且兩組數(shù)據(jù)是同步的。可得,數(shù)字顯示模塊的控制
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