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电子课程设计报告
电子技术课程设计
题目交通灯信号设计
姓名蒋斯琪学号*********
院(系)信息与机电工程学院
班级电气及其自动化2班
数字电路课程设计报告
设计课题题目:
交通灯
专业电气及其自动化
班级15级2班
成员学号*********
小组成员:
蒋斯琪
指导教师:
设计时间:
2017.6.19—2017.6.26
一、设计目的
随着生活水平的提高,家庭汽车拥有量越来越多,城市交通堵塞问题越来越严重,解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。
交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色,是交通管理部门管理交通的重要工具。
十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。
智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力,减少交通事故;为人民节省大量出行时间,创造出更多的社会价值。
本文运用数字电路理论知识自行设计一个较为完整的小型数字系统。
通过系统设计、Multisim软件仿真、电路安排与调试,在此次设计中学会初步掌握工程设计的具体步骤和方法,提高分析问题和解决问题的能力,以及提高实际应用水平。
二、设计要求
1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。
2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法,能够运用所学知识设计一定规模的电路。
设计任务:
1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
2.当主干道允许通行亮绿灯时,支干道亮红灯,而支干道允许亮绿灯时,主干道亮红灯。
3.主支干道交替允许通行,主干道每次放行30s、支干道20s。
设计30s和20s计时显示电路。
4.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间,要亮5s的黄灯作为过渡,以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外,设置5s计时显示电路。
三.方案设计与论证
根据设计要求,允许通行时亮绿灯,主支干道交替允许通行,主干道每次放行30s、支干道20s。
在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间,要亮5s的黄灯作为过渡。
即:
主干道绿灯亮30秒后,黄灯亮5秒,在这35秒内,支干道的红灯一直亮着,之后支干道绿灯亮20秒后,黄灯亮5秒,在这25秒内,主干道的红灯一直亮着,并依次循环(如图3.1)
图3.1
交通灯控制电路设计主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是此系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。
图3.2
TL:
表示主干道或支干道绿灯亮的时间间隔,即车辆正常通行的时间间隔。
定时时间到,TL=1,否则,TL=0。
TY:
表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到,TY=1,否则,TY=0。
ST:
表示定时器到了规定的时间后,由控制器发出状态转换信号。
由它控制定时器开始下个工作状态的定时。
四、设计原理和电路图
4.1基本元器件的选择
(1)信号源1个(时钟脉冲源)
每隔1秒进行倒计时,T=1/f
选择频率为1Hz的脉冲源。
如图
图4.1
(2)芯片:
(74LS190)×2片,
(74LS163)×1片,
(74LS138)×1片,
如图
图4.274LS190芯片引脚图
图4.374LS163芯片引脚图
图4.474LS138芯片引脚图
(3)逻辑门:
74LS02D或非门×2个,74LS08D与门×7个,
74LS32D或门×2个,74LS04D非门×5个,
74LS20D四输入与非门×1个;
(4)倒计时显示器:
四引脚共阴极数码管×2个
如图
图4.5四引脚共阴极数码
(5)交通灯TRAFFIC_LIGHT_SINGLE×2个
如图
图4.6交通灯TRAFFIC_LIGHT_SINGLE
4.2电路组成
1.控制器
由74LS163芯片以及其他的逻辑门构成。
74LS163芯片与74LS190芯片连接采集脉冲信号,进行加计数,并输出逻辑电平信号,控制3-8译码器,从而控制红绿灯的亮灭。
74lLS163工作原理:
74lLS163是单时钟同步十六进制计数器,有置零和置数功能,时钟作用在上升沿。
因为是同步计数器,当译出置数信号时必须等到时钟信号上升沿到来时才能置数,但上升沿到来时计数器又向高一位计数了。
假设用74LS163芯片构成一个八进制计数器,在0111=7时译出置数信号与进位信号C,将置数信号输出端接至置数端,当上升沿到来时计数器本身被置8,但只有极短的存在时间,计数器马上被置数,进位信号变为0,只要将置数输入端D1到D4全部接地,就能将计数器置为0000。
图4.774LS163芯片真值表
图4.874LS163芯片功能表
2.定时器
由2片74LS190芯片级联及一个四输入与非门构成。
74LS190工作原理:
可逆计数器74LS190,可以实现加法或减法的计数,通过设定加/减控制信号U/D=1可进行减法计数,由于芯片本身就带有异步的置数端LOAD且为低电平有效,当置入控制端为低电平时,不管时钟CP的状态如何,输出端(Q0~Q3)即可预置成与数据输入端(D0~D3)相一致的状态。
74LS190的计数是同步的,靠CP加在4个触发器上而实现。
当计数控制端(CT)为低电平时,在CP上升沿作用下Q0~Q3同时变化,从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
当计数方式控制(U/D)为低电平时进行加计数,当计数方式控制(U/D)为高电平时进行减计数。
只有在CP为高电平时CT和U/D才可以跳变。
由于25秒的倒计时需要用两片的74LS190芯片才能实现,利用RC端,可级联成三十进制同步计数器。
当采用并行CP控制时,则将RC接到后一级CT;当采用并行CT控制时,则将RC接到后一级CP。
个位芯片的串行时钟输出端CO是低电平有效的,当状态为0时,输出为CO=0,下一个状态变为9时,输出为CO=1,所以有一个上升沿的产生,这正可以作为十位芯片的时钟信号,从而采用串行借位方式来实现倒计时。
图4.974LS190功能表
3.译码器
74LS138译码器的主要任务是将控制器的输出的4种工作状态,翻译成2个干道上的6个信号灯的工作状态。
3-8译码器工作原理:
译码器可以将输入代码的状态,翻译成相应的输出信号,以高低电平的形式在各自的输出端口送出。
译码器有多个输入端和多个输出端,假如输入端的个数为n,输出端的个数最多有2n。
从图5可以看出,3-8译码器有三个输入端A0、A1、A2和八个输出端Y0~Y7,当输入端的编码为000时,译码器输出为Y0=0,Y1~Y7=1。
即Y0对应于A0、A1、A2的000状态低电平有效。
图中S1、S2、S3为使能控制端,起到控制译码器是否能进行编码的作用,只有S1为高电平,S1、S3为低电平时,才能进行译码,否则不论输入何值,每个输出均为1。
图4.1074LS138芯片功能表
4显示器
由两个共阴极四引脚的数码管组成。
图4.11
五、软件仿真与调试
5.1仿真电路设计
5.2干道通行状态表
下面用主、支干道车辆通行情况进行描述:
(1)主干道绿灯亮,支干道红灯亮。
表示主干道上的车辆允许通行,支干道禁止通行。
绿灯亮足规定的时间隔30时,控制器发出状态信号,转到下一工作状态。
(2)主干道黄灯亮,支干道红灯亮。
表示主干道上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行,支干道禁止通行。
黄灯亮足规定时间间隔5时,控制器发出状态转换信号,转到下一工作状态。
(3)主干道红灯亮,支干道绿灯亮。
表示主干道禁止通行,支干道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔20时,控制器发出状态转换信号,转到下一工作状态。
(4)主干道红灯亮,支干道黄灯亮。
表示主干道禁止通行,支干道上位过县停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行。
黄灯亮足规定的时间间隔5时,控制器发出状态转换信号。
(5)系统又转换到第
(1)种工作状态,依次循环。
输入
输出
CP脉冲
74LS163
3-8译码器
信号灯状态
车辆通行状态
000
Y0=0
主绿、支红
主干道通行,支干道禁止通行
001
Y1=0
主黄、支红
主干道缓行,支干道禁止通行
010
Y2=0
主红、支绿
主干道禁止通行,支干道通行
011
Y3=0
主红,支黄
主干道禁止通行,支干道缓行
5.3运行结果分析
如图所示:
74LS163芯片通过四输入与非门与74LS190芯片连接采集脉冲信号,进行加计数,并输出逻辑电平信号,由3-8译码器Y0、Y1、Y2、Y3端输出,经过非门,并和CP脉冲一起连接到其他逻辑门从而控制绿、黄、红灯。
因为74LS163芯片置数端LD与3-8译码器的Y3输出端相连,所以74LS163计数输出000、001、010、011四个状态后便重新置零,循环输出,以控制红绿灯的循环亮灭。
结果分析:
a.74LS163芯片输出逻辑电平信号000,3-8译码器输出端Y0=0,其他输出端为“1”。
Y0输出信号经过非门后变为“1”,之后和上升沿脉冲“1”连接到一个与门,输出信号为“1”,交通灯U13红灯亮;与此同时,Y1输出信号“1,交通灯U12绿灯亮。
B.30秒之后,74LS163芯片输出逻辑电平信号001,3-8译码器输出端Y1=0,其他输出端为“1”。
Y0输出信号经过非门变为“1”,再通过与门与1HZ脉冲信号相连接输出至U12,此时交通灯U12黄灯亮,U13依旧红灯亮。
c.黄灯亮后5秒,74LS163芯片输出逻辑电平信号010,3-8译码器输出端Y1=0,其他输出端为“1”。
Y1输出信号经过非门变为“1”交通灯U13绿灯亮。
之后,红绿黄灯循环亮灭。
六、设计总结
通过本次课程设计,加强了我动手,思考,解决问题的能力。
完成一次课程设计,也是加深一次对课本知识的理解和巩固。
平时课间学习时间不能很好的理解各个元件的各个功能,只是纸上谈兵,但在这次课程设计中,我重新了解了很多元件,并且对其的使用有了更多的认识,让我对电子技术认知能力有了一个新的提升。
七、参考文献
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