定時器應用電路-交通燈

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上課程設計報告 設計課題：交通燈 專業(yè)班級：通信2班 學生姓名：郭某某 指導教師：胡老師 設計時間：2014.7.9目錄一、課程設計目的.3二、課程設計題目（問題）描述和要求.3三、系統(tǒng)分析與設計.33.1系統(tǒng)硬件結構框圖.33.2系統(tǒng)工作流程圖.43.3各部分單元電路設計.43.3.1狀態(tài)控制及信號燈指示電路.53.3.2計數器及數碼顯示電路.63.3.3信號燈定時置數邏輯電路.73.3.4秒信號發(fā)生器.7四、系統(tǒng)調試過程中出現的主要問題.9五、系統(tǒng)運行報告與結論.12六、總結.16七、參考資料.16八、附錄.17交通燈一、課程設計目的學習555定時器應用電路的設計方

2、法和調試方法。二、課程設計題目（問題）描述和要求系統(tǒng)工作的十字路口由主、支兩條干道構成，四路口均設紅、黃、綠三色信號燈和用于顯示還剩余多少時間將改變信號燈的數碼顯示器。要求：主、支干道交替通行，通行時間均可在099s內任意設定；綠燈換紅燈前，黃燈先亮較短時間(也可在099 s內任意設定)，用以等待十字路口內滯留車輛通過；主支干道通行時間和黃燈亮的時間均由同一計數器按減計數方式計數(零狀態(tài)為無效態(tài))；在減計數器回零瞬間完成十字路口通行狀態(tài)的轉換(換燈)。三、系統(tǒng)分析與設計3.1系統(tǒng)硬件結構框圖根據系統(tǒng)要求,設計系統(tǒng)硬件結構框圖如圖所示。圖中秒信號發(fā)生器產生標準的秒信號?？深A置計數器進行遞減計數,

3、根據置數控制電路的控制信號,計數的長短可作相應調整,計數完成后產生一個輸出信號到狀態(tài)控制電路,狀態(tài)控制電路經過譯碼,驅動主干道和支干道的紅、黃、綠三色燈作相應的狀態(tài)變化?？深A置計數器計數狀態(tài)通過數碼顯示電路顯示相應計數值。 3.2系統(tǒng)工作流程圖設主干道通行時間為N1,支干道通行時間為N2,主、支干道黃燈亮的時間均為N3,通常主干道車流量大,支干道車流量小,通行時間設置為N1 >N2 > >N3。本設計中N1=35S，N2=25S，N3=5S。3.3各部分單元電路設計 3.3.1狀態(tài)控制及信號燈指示電路狀態(tài)控制電路由流程圖可見,系統(tǒng)有4種不同的工作狀態(tài)( S0S3) ,其中S0

4、(主綠燈亮，支紅燈亮)、S1(主黃燈閃爍，支紅燈)、S2(主紅燈亮，支綠燈亮)、S3(主紅燈，支黃燈閃爍)。選用四位二進制遞增計數器74163作狀態(tài)控制電路 ,取低兩位輸出QB、QA作狀態(tài)控制電路的輸出。狀態(tài)編碼S0、S1、S2、S3分別為00、01、10、11。信號燈指示電路該電路也稱狀態(tài)譯碼器。以狀態(tài)控制電路的輸出(QB、QA)作譯碼器的輸入變量,根據4種不同通行狀態(tài)對主、支干道信號燈的控制要求,列出如表所示的指示燈驅動函數真值表。經化簡(可利用邏輯轉換儀)得六個指示燈驅動函數:R =QB r =QB、Y =QBQA y =QBQA 、G =QBQA g =QBQA、AG=（QBQA）=G

5、、 Ag=（QBQA）= g、AY=（QBQA+QBQA ）表指示燈驅動函數真值表控制器狀態(tài)主干道支干道置數選通信號QBQAR (紅)Y(黃)G(綠)x(紅)y(黃)g(綠)AG(N1)Ag(N2)AY(N3)S0S1S2S300110101001101001000110000010010011111011010根據指示燈驅動函數邏輯表達式,可畫出信號燈指示電路。將狀態(tài)控制電路、信號燈指示電路及模擬三色信號燈相連接,構成狀態(tài)控制及信號燈指示電路如圖所示。為了便于調試和簡化系統(tǒng)總圖,我們采用子電路圖表示法,將虛線框內的74163和組合邏輯電路放在一起定義為子電路KZDL。用子電路表示的控制及信號

6、燈指示電路如圖所示。雙擊KZDL后打開可以查看和修改電路。三色信號燈邏輯控制電路 三色信號燈邏輯控制子電路3.3.2計數器及數碼顯示電路選用2片74190十進制可逆計數器構成兩位十進制可預置數的遞減計數器。為了便于控制,置數電路可根據需要改換。計數器及數碼顯示電路如圖所示。2片計數器間采用異步級聯(lián)方式,利用個位計數器的借位輸出脈沖RCO直接作為十位計數器的計數脈沖,接入十位計數器的CLK端;個位計數器直接接入秒脈沖信號。計數器的D1、C1、B1、A1和D0、C0、B0、A0分別為十位和個位的8421BCD碼置數輸入端,當則LOAD端 為低電平時,完成置數功能。由于計數器在零狀態(tài)時RCO為 低電

7、平,其它時間為高電平,故當個位計數器與十位計數器的RCO均為低電平時可作為置數控制信號和指示電路控制信號(圖中的ZS端) ,從而實現計數器減至“00”狀態(tài)瞬間完成置數和指示燈轉換。通過8421碼置數輸入端,可以選擇100以內的數值,實現0100 s內自由選擇的定時要求。為了簡化系統(tǒng),同樣我們將圖6虛線框內的電路定義為子電路JSDL,用子電路表示的計數器及數碼顯示電路如圖所示。計數器及數碼顯示電路 計數器及數碼顯示子電路3.3.3信號燈定時置數邏輯電路為使系統(tǒng)簡化,我們用同一計數器分時顯示主、支干道通行時間(即主、支干道綠燈亮的時間)和主支干道通行轉換中黃燈亮的時間,為此必須解決好分時置數問題。

8、選用3片8路雙向三態(tài)門74LS245作為預置數的存儲單元來實現計數器分時置數控制電路如圖所示。G7G0為主干道綠燈置數端, g7g0為支干道綠燈置數端, Y7Y0為主支干道黃燈置數端; AG,Ag 和AY為3片74LS245選通端,由主干道綠燈、支干道綠燈和黃燈選通;D7D0為按由高到低排列后的輸出端,要接到計數器的置數輸入端。工作時, 3片74LS245只能有1片選通,其它兩片輸出均處于高阻態(tài)。在圖8所示的信號燈定時置數邏輯電路中,將虛線框內的電路定義為SCDL電路。用子電路表示的信號燈定時置數邏輯電路如圖所示。 信號燈定時置數邏輯電路3.3.4秒信號發(fā)生器用555做秒信號發(fā)生器，如下圖：在

9、仿真測試時秒信號發(fā)生器可由石英晶體多諧振蕩器構成,為簡化電路,直接選用1Hz的脈沖信號源代替秒信號發(fā)生器。 信號燈置數邏輯子電路 交通信號燈自動指揮系統(tǒng)四、系統(tǒng)調試過程中出現的主要問題應實驗要求，畫出電路圖，在實驗軟件multisim進行仿真。為簡化電路和方便檢查，在仿真實驗中用頻率為1Hz的秒脈沖信號源代替由555組成的秒信號發(fā)生器，用四腳數碼管代替七段數碼管。在multisim軟件仿真中，注意燈的連接和進位輸出的連接，在仿真過程中要注意觀察燈的閃爍與數碼管顯示時間是否對應。經實驗驗證，該設計符合題目要求，為下一步實測做準備。實驗電路圖如下所示： 依照電路圖組裝器件。PCB原理圖： 接入脈沖

10、信號和電源，運行電路，發(fā)現信號燈與計時顯示器不匹配的問題，檢查電路各處，無其他差錯（未發(fā)現電路接錯和器件損壞的情況）。返回3.3.1分析原理。 信號燈與計時顯示器不匹配的原因：因為實際試驗中接通電路，接入脈沖信號后，電路隨機選取一個狀態(tài)作為初始狀態(tài)，當計數器電路出現某一狀態(tài)時，信號燈定時置數邏輯電路在之前未得到相應的進位信號，輸出的是上一個狀態(tài)控制電路對應的置數，而三色信號燈邏輯電路已得到進位脈沖，控制燈變色（例如當三色信號燈邏輯電路在S0狀態(tài)時，置數邏輯電路仍處在S3對應的狀態(tài)），這就使得出現信號燈與計時顯示器不匹配的問題?，F對此問題進行改正，將置數選通信號置前一個狀態(tài)，更改指示燈驅動函數真

11、值表如下（紅色的部分為更改部分），同時重新得到計數器的置數輸入端的輸入方程：AG=（QBQA）=y、Ag=（QBQA）= Y、AY=（QBQA + QBQA ）=（G + g）表指示燈驅動函數真值表控制器狀態(tài)主干道支干道置數選通信號QBQAR (紅)Y(黃)G(綠)x(紅)y(黃)g(綠)AG(N1)Ag(N2)AY(N3)S0S1S2S300110101001101001000110000010010111010110101重新連接電路板，接通電路，接入脈沖信號，達到設計要求，上述問題解決。五、系統(tǒng)運行報告與結論在正確連接電路圖后，接通電路，接入脈沖信號后,運行：S0狀態(tài)：S1狀態(tài)：S2狀態(tài)

12、：S3狀態(tài)：六、總結在小學期的課程設計中，收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，通過查找資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。在這短短的時間里，讓我深深的感覺到自己在實際應用中所學專業(yè)知識的匱乏。以前總以為書本上的知識很簡單，但做課程設計是才曉得根本不懂運用，從一開始根本不知從何下手，像思路什么都沒有，不知道如何做一個計時顯示器，這一切在最開始就是一片大霧，什么也看不見。最后我們從基本的地方入手，認真分工，認真分析結構，在老師的指導下終于畫出了框圖，

13、仿真，最后再連接電路圖，實測。我深刻的意識到，平時的學習學的只是書本上的一些皮毛，真的要求我們實際運用，真的是太困難了，在今后的學習中，我們還應該加強手頭操作的能力，認真學習各個軟件，熟悉各個原理與應用，加強我們對于專業(yè)知識上的“真正的”學習與理解我還學到了一個人的力量畢竟有限，但是團隊的力量勢不可擋，我們不能只靠自己，遇到不會的要多多求助同學， 這次課程設計雖然結束了，但也留下了遺憾，因為由于各方面限制，并沒有做到最好。通過這次課程設計的歷練，相信以后我會更加努力，努力的去彌補自己的缺點，發(fā)展自己的優(yōu)點，去充實自己，只有在了解了自己的長短之后，我們會更加珍惜擁有的，更加努力的去完善它，增進它。只有不斷的測試自己，挑戰(zhàn)自己，才能擁有更多的成功和快樂！七、參考資料1.數字電子技術實驗馬楚儀2005年9月2.數字電子技術實驗教程周曉霞2008年07月八、附錄實驗中用到的器件：1.74Ls163功能表及引腳圖功能表引腳圖：2.74Ls245簡介：當端/CE低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向