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

1、<p>　　電子信息與控制工程系課程設(shè)計(jì)</p><p>　　交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　專業(yè)班級:</b></p><p><b>　　學(xué) 號:</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名 :</b></p>&l

2、t;p><b>　　指導(dǎo)教師: </b></p><p><b>　　完成時(shí)間：</b></p><p><b>　　一、內(nèi)容摘要3</b></p><p>　　二、交通信號燈設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求3</p><p><b>　　三、方案分析3</b>

3、</p><p>　　四、 原理圖設(shè)計(jì)5</p><p>　　1 信號燈狀態(tài)控制器5</p><p>　　2 信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路7</p><p>　　3 置數(shù)譯碼電路8</p><p><b>　　4 計(jì)時(shí)系統(tǒng)8</b></p><p>　　5 顯示譯

4、碼器9</p><p>　　6 共陰七段LED共陰數(shù)碼管11</p><p>　　7 555振蕩器構(gòu)成的秒脈沖電路11</p><p>　　8 元件清單13</p><p>　　五、 整體電路圖以及工作原理14</p><p>　　六、 原理圖仿真14</p><p>　　七、

5、 收獲、體會和建議15</p><p>　　八、 參考文獻(xiàn)16</p><p><b>　　附錄一17</b></p><p><b>　　一、內(nèi)容摘要</b></p><p>　　本電路通過由兩個(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控制主干道和支干道紅、黃、綠燈的狀態(tài)變化，從而

6、達(dá)到疏導(dǎo)車輛安全順利通過十字路口的作用，由555計(jì)時(shí)和電容電阻組成秒脈沖發(fā)生器；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碼所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。</p><p>　　二、交通信號燈設(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

7、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><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

8、。</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</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

9、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。</p><p>　　路口交通指揮系統(tǒng)示意圖</p><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)上述交通信號燈的自動(dòng)控制，則要求控制電路由時(shí)鐘信號發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路、信號燈

10、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。</p><p>　　交通信號燈控制系統(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

11、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，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><

12、/p><p>　　1 信號燈狀態(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

13、所示：</p><p>　　D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Q*=Q',load每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q0的狀態(tài)改變一次，U7A將load輸入的時(shí)鐘脈沖二分頻后送給U7B,即load每四個(gè)脈沖U7A和U7B的狀態(tài)回到原來的狀態(tài)，即四進(jìn)制計(jì)算器。</p><p>　　2 信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)

14、。它們之間的關(guān)系見真值表。對于信號燈的狀態(tài)，“1”表示燈亮，“0”表示燈滅。列出信號燈的真值表：</p><p>　　根據(jù)真值表可以寫出各信號燈的邏輯函數(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>

15、;　　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

16、><p><b>　　4 計(jì)時(shí)系統(tǒng)</b></p><p>　　74LS190具有可對8421BCD進(jìn)行計(jì)數(shù)、可逆計(jì)數(shù)、有聯(lián)級脈沖輸出、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>　　74LS19

17、0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)器、74HC00和74HC04構(gòu)成的置數(shù)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號輸出電路組成。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load,作為置數(shù)控制信號，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

18、的時(shí)鐘脈沖。</p><p><b>　　5 顯示譯碼器</b></p><p>　　CD4511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 B

19、CD—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

20、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)電源電壓來選取，電源電壓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><

21、;p>　　6 共陰七段LED共陰數(shù)碼管</p><p>　　數(shù)碼管分為共陽極結(jié)構(gòu)和共陰極結(jié)構(gòu)。若顯示器共陽極連接，則對應(yīng)陽極接高電平的字段發(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<

22、;/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,C2,一個(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<

23、;/p><p><b>　　555的內(nèi)部電路圖</b></p><p>　　555定時(shí)器個(gè)引線端的用途如下：</p><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

24、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)，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)，一般都通過一個(gè)0.01uF的電容接地，以防旁路干

25、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，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T放電；</p><p>　　8端VCC為電源端，可在4.3-1.6

26、V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。多諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(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

27、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</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><

28、p>　　整體電路圖以及工作原理</p><p>　　整體電路圖見附錄一。</p><p>　　由555組成的振蕩器產(chǎn)生周期為一秒的時(shí)鐘信號，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，通過非門和與非門，load輸出一個(gè)低電平信

29、號，置數(shù)譯碼電路輸出的數(shù)據(jù)送入計(jì)時(shí)器，load在上升沿到來時(shí)，信號燈狀態(tài)控制器的計(jì)數(shù)器加1，信號燈轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)。計(jì)時(shí)器繼續(xù)倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。</p><p><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，開始30秒倒計(jì)時(shí)。</p

30、><p>　　主干道黃燈亮，支干道紅燈亮，開始5秒倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　主干道紅燈亮，支干道綠燈亮，開始20秒倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　主干道紅燈亮，支干道黃燈亮，開始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

31、獲、體會和建議</b></p><p>　　查找教材，資料，相應(yīng)軟件，為了這次課程設(shè)計(jì)，我們在圖書館查找了大量的相關(guān)資料，終于被我找全了和本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問題。</p><p>　　根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖，結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在Proteus環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線和編譯與仿真，及時(shí)檢查元器件的放置、連線是否有錯(cuò)誤。</p><p>　　根

32、據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。</p><p>　　在老師的指導(dǎo)下，通過學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)電子的軟件，增加了我們對電子設(shè)計(jì)的了解。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)我們對于EDA技術(shù)多多少少有了一些了解，EDA技術(shù)發(fā)展迅速，有著廣闊的應(yīng)用前景，設(shè)計(jì)面廣，內(nèi)容豐富，它用軟件的方法設(shè)計(jì)硬件；用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系

33、統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；在設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小，功率低，可靠性高。EDA技術(shù)以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法，以計(jì)算機(jī)，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡，邏輯分割，邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線，邏輯仿

34、真，直至特定目標(biāo)芯片的適配便宜，邏輯映射，編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。其中大規(guī)?？删幊唐骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體，硬件描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化的自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具，實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載工具及硬件驗(yàn)證工具。</p><p>　　此次實(shí)驗(yàn)不但提高了我們實(shí)踐

35、的能力和理論水平，而且對于我們認(rèn)識掌握各種操作技巧具有重大意義，使我們的綜合素質(zhì)得到了很大的提高。當(dāng)然，通過這次實(shí)習(xí)，對我的影響遠(yuǎn)不只以上這些，它對我在以后的學(xué)習(xí)和生活中將會起到不可估量的作用。</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