交通灯控制逻辑电路设计文档格式.docx
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和
T0,分别为黄灯闪烁和变换为红灯的控制信号,这两个信号经
信号灯转换器控制信号灯工作。
倒计时计数电路是系统的主要部分,由它控制信
号灯转换器的工作。
白天工作模式
GYR
秒脉冲
发生器
倒计时
计数器
信号灯转
换器
夜间工作模式
交通信号灯的逻辑框图
(1)白天工作模式
G
Y
R
南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,各
20
秒。
南北方向黄灯闪亮
秒,东西方向红灯亮
信号指示灯白天工作流程图
南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮,各
南北方向红灯亮
秒,东西方向黄灯闪亮
(2)夜晚工作模式
东西南北各方向黄灯亮,且每秒闪动一次,其他灯不亮。
因此总设计图如下
图所示:
东西信号灯南北信号灯
系
分频器
产生电路
组合逻辑电路
总
计数器
设计图
工作方式控制开关
统
电
源
秒脉冲产生电路
秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号,主要由振荡器和分频器组
成。
振荡器是计时器的核心,振荡器的稳定度和频率的进度决定了计时器的准确
度,可由石英晶体振荡电路或
555
定时器与
RC
组成的多谐振荡器构成。
一般来
说,振荡器的频率越高,计时的精度就越高,但耗电量将增大,故在设计时,一
定根据需要设计出最佳电路。
石英晶体振荡器具有频率准确、振荡稳定、温度系
数小的特点,但如果精度要求不高的时候可以采用
构成的多谐振荡器。
振
荡
周
期
与
频
率
的
计
算
公
式
为
:
T=(R
+2R
)Cln2=0.7(R
)C,
电
源
压
为
1212
Vcc=12V,其中电路图中
C
的作用是防止电磁干扰对振荡电路的影响,课程设计
1
中要求输出
T=1S,选取电容为
C=10nF,R
=28.86MΩ,根据振荡周期计算,选择
电阻
R
=57.72MΩ。
用
multisim
进行仿真,仿真图如图所示:
2
VDD
12V
Vs
28.86M
R1
61
57.72M
R2
62
63
RST
DIS
THR
TRI
CON
VCC
GND
OUT
64
100
Rl
10nF
C
Cf
555_VIRTUAL
Timer
构成的多谐振荡器
此电路就可以产生脉冲频率为
赫兹的脉冲。
以下对
定时器进行简介:
NE555
是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路,属于小规模集成电路,
在很多电子产品中都有应用。
的作用是用内部的定时器来构成时基电路,给其
他的电路提供时序脉冲。
定时器内部逻辑电路
信号灯转化器
信号灯状态与车道运行状态如下:
S0:
东西方向车道的绿灯亮,车道通行;
南北方向车道的红灯亮,车道禁止
通行;
S1:
东西方向车道的黄灯亮,车道缓行;
S2:
东西方向车道的红灯亮,车道禁止通行;
南北方向车道的绿灯亮,车道
S3:
南北方向车道的黄灯亮,车道
缓行。
用以下
6
个符号来分别代表东西(A)、南北(B)方向上个灯的状态:
GA=1:
东西方向车道绿灯亮;
YA=1:
东西方向车道黄灯亮;
RA=1:
东西方向车道红灯亮;
GB=1:
南北方向车道绿灯亮;
YB=1:
南北方向车道黄灯亮;
RB=1:
南北方向车道红灯亮。
实现信号灯的转换有多种方法,现采用比较典型的方法进行设计,实现信号
灯的转换工作。
若选用
JK
触发器,则原理如下。
触发器
设状态编码为
S0=00,S1=01,S2=11,S3=10,其输出为
Q1,Q2,则其与信号灯
状态关系如表
3—1
状态编码与信号灯关系表
现态次态
Q0Q0*
输出
GA
YA
RA
Q1
Q1*
GB
YB
RB
00100
0
01010
11001
10001
可以得出信号灯状态的逻辑表达式:
=Q1’Q0’YA
=Q1’Q0RA
=Q1
=Q1Q0YB
=Q1Q0’RB=Q1’
触发器的输出状态是与
J
输入端的状态相同的,同时分析表
3-1,触发器
的现态与触发器
的次态相同,触发器
的次态相反,因此
可以将触发器
的输出端
Q、Q’(现态)分别接触发器
J、K
输入端(次态),
触发器
K、J
端(次态),取触发
器
、触发器
,连接后的电路如下图所示:
Ga1
Ya1
Ra1
2.5
V
J95V2
38
37
°
´
¼
ü
=
SpaceGND
41
U26A
7408N
U19A
U14B
31
5k¦
¸
U15A
7432N
U13A
39
47
22
5V
7404N
U1A
U1B
1J
1Q
2J
2Q
1CLK
2CLK
1K
~1Q
2K
~2Q
~1CLR
~2CLR
U4C
14
3
12
12
7
5
13
10
6
7473N
7473N
11
9
8
U2A
U2B
40
U2C
U2D
42
Gb1
U14A
45
U16A
U4B
Rb1
43
U17B
Yb1
46
U18A
28.86M¦
50
51
57.72M¦
52
OUT
44
100¦
触发器连接的电路
倒计时计数器
十字路口要有数字显示作为倒计时提示,以便人们更直观的把握时间。
具体
工作方式为:
当某方向绿灯亮时,置显示器为某值,然后以每秒减
1,计数方式
工作,直至减到数位“4”和“0”。
十字路口绿、黄、红灯变换,一次工作循环
结束,而进入下一步某方向的工作循环。
在倒计时过程中计数器还向信号灯转换
器供模
的定时信号
T4
和模
T0,用以控制黄灯的闪烁和黄灯向红
灯的变换。
倒计时显示采用七段数码管作为显示,它由计数器驱动并显示计数器的输出
值。
根据要求,采用两片
74190
芯片构成计数器,因为
是十进制同步可逆
计数器,它具有异步并行置数功能、保持功能。
采用两片
芯片可设计成
00~99
的百进制计数器,再根据线路连接的改变将其连接成
进制计数器。
没有专用的清零输入端,但可以借助
QD、QC、
QB、
QA
的输出数据
间接实现清零功能。
其功能表如下图所示:
表
3-2
的功能表
CTEN
D/U
CLK
LOAD
A
B
D
QB
QC
QD
⨯
⨯
A
D
⨯⨯⨯⨯
011减计数
001加计数
要实现
24s
的倒计时,需选用两个
芯片级联成一个从
99
到
00
的计数
器,其中作为个位数的
芯片的
接秒脉冲发生器,再把个位数
芯
片输出端
QD
用一个与门连起来,再接在十位数
端。
当个位数
减到
时,再减
就会变成
9,0(0000)和
9(1001)之间的
、QD
同时由
变为
1,把
起来接在十位数
端,此时会给十位数
74190
芯片一个脉冲数字减
1,相当于借位。
则又
芯片的功能性质可知,当个位
数
管脚和十位数
管脚同时置
1,CTEN
端接低电频,加/减
计数控制端
D/U
接高电频实现减计数,预置端
接高电频时计数,接低电频
时预置数。
因此,工作开始时,LOAD
0,计数器预置数,置完数后,LOAD
变
1,计数器开始倒计时,当倒计时减为
时,LOAD
又变为
0,计数器又预置
数,如此循环下去。
则连接后的电路如下图所示:
U7U5U23U24
DCD_HEX_YELLOWDCD_HEX_YELLOWDCD_HEX_DIG_REDDCD_HEX_DIG_RED
15
16
17
58
57
U25A
19
U10A
U8A
18
U8B
23
20
74LS21N
U3
4002BD_5V
U6
4002BD_5V
U4D
15
4
QA
QB
~CTEN
~LOAD
~U/D
~RCO
MAX/MIN
CLK
13
U9A
7400N
24
28
74190N
30
74190N
U11A
4001BD_5V
25
2726
36353433
U4A
21
32
29
U12A
J1J2J3
J4
J5
J6
J7
J8
倒计时计数器电路
倒计时计数器与信号灯转化器的连接
倒计时计数器向信号灯转换器提供定时信号
和定时信号
T0
以实现信号灯的转
换。
TO
表示倒计时减到数“00”时(即绿灯的预置时间,因为到“00”时,计
数器重新置数),此时给信号灯转换器一个脉冲,使信号灯发生转换,一个方向
的绿灯亮,另一个方向的红灯亮。
接法为:
把个位、十位计数器的输出端
QA、
QB、QC、QD
分别用一个
输入或非门连起来,再把这两个
输入或非门的输出
用一个与门连起来。
表示倒计时减到数“04”时,给信号灯转换器一个脉冲,
使信号灯发生转换,绿灯的变为黄灯,红灯不变。
当减到数为“04”(0000
0100)时,把十位计数器的输出端
QA、QB、QC、QD
用一个
输入或非门连起来,
个位计数器的输出端
QB、QD
用一个两输入或非门连起来,再把这两个或非门与
个位计数器的的输出端
QA、QC’用一个
输入与门连接起来。
最后将
T0
两个定时信号用或门连接接入信号灯转换器的时钟端。
则连接图如下图所示:
VCC
7404N
U1A
交通灯信号控制器电路图
黄灯闪烁控制
要求黄灯为闪烁状态,即黄灯
0.5
秒亮,0.5
秒灭,故用一个频率为
赫兹
的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接至黄灯。
在
3.1.1
中已用
定时
器连接成了频率为
赫兹的多谐振荡器。
白天夜间模式的转换
根据任务书的要求,要用一个手动开关来控制白天模式与晚上模式的改变。
由经过修改之后的组合逻辑电路输出与输入的表达式可以看出,白天与夜间模式
的转换由单刀双掷开关与与门或或门控制。
当开关接上边时为白天工作模式,开
关接地时为夜晚工作模式。
则电路连接如下图
3-5
所示:
J9
白天夜间的切换开关
在实际生活中,手动开关电路毕竟不方便,因此实际应用中可设计自动开关
电路。
用光敏电阻或光敏二极管、光敏三极管组成光亮度检测电路,光亮度检测
电路检测的电信号送入滞回电压比较器,滞回电压比较器根据光亮度输出高低电
平信号,这个信号经延时电路后(可用单稳态电路实现),作为白天与夜间的自
动转换开关。
这样当天黑以后经一段延时,系统自动转成夜间工作方式。
第二天
天量后经一段延时,系统自动转换成白天工作方式。
在本次课程设计中选择使用
手动切换白天与夜晚模式的选择。
四.仿真过程及仿真结果
交通灯从点亮要求可以看出,有些输出是并行的:
如南北方向绿灯亮时,东
西方向红灯亮;
南北方向黄灯亮时,东西方向红灯亮;
南北方向红灯亮时,东西
方向绿灯亮;
南北方向红灯亮时,东西方向黄灯亮。
信号灯采用红、绿、黄发光
二灯模拟。
在实际电路中,开关
J2
闭合,使个位
管脚接高电平,A、B、
接低电平;
十位
管脚接高电平,A、C、D
接低电平,并且白天夜间
的切换开关不接地。
计数器的开关如下图所示:
J1
J3
置数法的开关连接方法
白天的工作状态结果如下图
3-7
17
18
~RCO
~U/DMAX/MIN
64
J1
J3
J9
1J1CLK
2J2CLK
7
白天工作状态
南北东西各方向黄灯亮,且每秒闪动一次
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- 交通灯 控制 逻辑电路 设计
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