数字电路交通信号灯设计.docx
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数字电路交通信号灯设计.docx
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数字电路交通信号灯设计
一、摘要2
二、设计任务及要求2
三、系统设计3
四、单元电路设计
1、状态控制电路4
2、时钟脉冲产生电路5
3、信号灯显示电路5
4、时间显示控制电路7
5、总体电路11
五、结论
六、参考文献
七、总结体会
八、附录
摘要一、随着社会经济的快速发展,人们的生活水平快速提升,在
城市中车水马龙的场景愈加明显,因此完备的交通是必不可少的,而良好的交通控制灯又是其核心。
而国民的实践创新能力又是一个国家的发展所必须具备的。
通过对数字电路、模拟电路的学习,我们可以做一些简单的实物来提高我们的动手能力,培养我们的创新能力。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。
设计制作一个十字路口交通指示灯简易控制电路,红灯亮表示停止,绿灯亮表示通行,通行时间为60秒,停止时间为45秒,黄灯亮的时间都是5秒。
通行和停止时间用数码管显示,采用倒计时方式。
脉冲信号用555定时器构成的多谐振荡电路来产生的。
二、设计任务及要求
设计一个十字路口的交通信号灯控制器
基本要求:
1.能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。
2.能实现正常的倒计时功能
21
用两组数码管作为东西和南北方向的倒计时显示,主干道每次放行(绿灯)60秒,支干道每次放行(绿灯)45秒,在每次由绿灯变成红灯的转换过程中,要亮黄灯5秒作为过渡。
3.能实现特殊状态的功能(选作)
(1)按S1键后,能实现特殊状态功能;
(2)显示倒计时的两组数码管闪烁;
(3)计数器停止计数并保持在原来的状态;
(4)东西、南北、路口均显示红灯状态;
(5)特殊状态解除后能继续计数;
4.能实现总体清零功能:
按下该键后,系统实现总清零,计数器由初始状态计数,对应状态的指示灯亮。
5.电源:
220V/50HZ的工频交流电供电。
6.按照以上技术要求设计电路,绘制电路图,对设计的电路用
Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真,撰写设计报告。
二.系统的设计
总体的设计思路如下图
工作原理说明:
秒,即车辆正常通行的时间间支道45表示绿灯亮的时间间隔为主道秒60、TL:
TL=1,否则,TL=0隔。
定时时间到,。
TY=1,否则,TY=OTY表示黄灯亮的时间间隔为5秒。
定时时间到,由它控制定时由控制器发出状态转换信号。
ST:
表示定时器到了规定的时间后,器开始下个工作状态的定时。
秒脉冲发译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
系统主要由控制器、定时器、译码器输出两组信号灯的控生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,由它控制定控制器是系统的主要部分,制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,时器和译码器的工作。
单元电路设计:
三.
1.交通灯的控制逻辑如下:
态状
主道
支路
间时
00
绿灯亮,允许通行
红灯亮,禁止通行
60S
01
黄灯亮,停车
红灯亮,禁止通行
5S
11
红灯亮,禁止通行
绿灯亮,允许通行
45S
10
红灯亮,禁止通行
黄灯亮,停车
5S
41
设控制4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。
交通灯的这表S2、S3、、10,并分别用SO、S111器的四种状态编码为00、01、示,则控制器的工作状态及工作流程如下所示:
;秒未到,S0状态(主道绿灯亮,支道红灯亮)60;S1状态(主道黄灯亮,支道红灯亮)
60秒到转入;S2状态(主道红灯亮,支道绿灯亮)5秒后,进入状态(主到红灯亮,支道黄灯亮);45秒后,进入S3S0状态,进入下一循环状态。
5秒后,回到)红黄绿灯的控制g、y、G控制器应送出主道(R、Y、)和支道(r信号。
芯片做主控制电路,电路图如下
使用74LS161
时钟脉冲电路2.
通过555定时器按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生期不
同的方波脉冲,即不同的频率脉冲。
课程设计需要秒脉冲,
经分析,因为当电容充电时,暂稳态持续时间T仁0。
7(R1+R2C当电容放电时,暂稳态持续时间T2=0。
7R2C;
经计算,选择合适的电阻和电容,则脉冲产生电路图如下:
灯显示电路信号3.
受到其必然与主控电路的状态对应,红绿灯显示也是表示电路所处状态,)决定了主干道和支干和Q2—B主控电路控制,即主控电路
的输出(Q1—A道的红绿灯的亮灭情况。
1表示,灭用0表示,则
有:
如亮用AB(g)支绿(G)支红(r)支黄(y)主黄主红(R)(Y)主绿0
0010100
00100011
11010000
0
1
1
10
g=RBA61
74LS139其中A接线一一4线译码器),G接地时实现所需功能,双
这部分电路选用74LS139(2B
芯片的Q1,可直接接,所以红灯G芯片的D2=A!
B+AB!
接Q2;
又因为74LS161!
;以上两个表对比可得:
rD2,接D2!
y=Y0
则红绿灯显示电路图如下:
时间显示器控制电路4.
A)计数器设计要求对不同的状态维持的时间不同,而且要以十进制倒计时显示出(同步计数器)完成计时器状态限于实验室器材本人采用两个74LS161产生模块设计。
其功能状态表如下:
71
输入
爲出
CR.U>CT>CPtCPDaDiDa6
Q>Q1QaQi
0xxfxxxx
UVDQ
ioxxtdo±didi
dbdidbdi
111i1XXXX
it数
i]gx-txxxx
保持
i1XQXXXXX
秒,则必须用两个要以十进制输出,而又有一些状态维持时间超过
10分别产生个位和十位的数字信号。
计数器能够完成计时功能,我们可74LS161接高位,以便实现计数和CR接秒脉冲,以用74LS161设计,并把它的时钟cp输出74LS161保持功能。
74LS161计数器是采用加法计数,要想倒计时,则在,而在显示是最74LS48的信号必
须经过部分处理后,然后接入数码管的驱动故在设计不同模值计数器
确定有效状态显示计时,好以人们习惯的数字0---90001,
0010-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。
0000时,我以,
1111
—1110—1100例如:
有效状态一110100000001—0011取非一
0010—3210即的倒计时。
实现模
4改装成其他模值时既可以采用同步清零法,也可采用异步置数74LS161要把不可能为有效状态,所以采用异步置数法完成不同模值转化的法,但0000实现。
)对控制个位输出的74LS161设计1按要求对系统的状态不同,即红绿灯的状态不同,个位的进制也就要求
不同。
Gr的置数端A,B控制74LS161D0D1D2D3当系统处在我利
用系统的状态量,即逢十进一,为了方便起见当系统)状态时,个位
的进制是十(模或Rg1%
时,
或
有效状态,
,由此有:
即逢十进一,模
D3D2D1DO为(
10Ry状态时,
3110,,0111,
个位的进制也是
10处在Yr
置为0110
1000---
--1111,
A
B
D3
D2
D1
D0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
由上表可得:
芯片的输出;!
D2二D0Q,1!
可接Q174LS161接高位,
D1D0=D3=,所以接ENP和都接高电位;ENT同时为了正常计数,的状态必须跳到进入下一个循环,此时进位输出1111当状态为时,74LS161。
非接入置数端RCO我们可以把它的为1LOAD74LS1612对控制十位输出的设计74LS161同设计控制个位输出的基本类似,经分析其状态表如下:
91
A
B
D3
D2
D1
D0
RBI
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
;D0=A+B!
D2均接高电位,经分析计算D仁A+B,则有D3和,经过6依次增加到15这样给加法器接入输入,从二进制数表示的十进制数的倒
计时。
9到0非门后则可对应实现十进制数的芯片级联的处理)对两个1613秒时,个位需向十位进位,此时十位计数,其它时间其保持10当计数超过
的非ENPEN和不变,我通过控制十位的LOAD端实现这一功能,把个位的CTt2二CTp2=1,,贝跟卩完成一次循环,RCO为1接入十位的LOAD当个位需进位,,十位保持;当灯亮的状则CTt2=0,CTp2=1十位开始计数,其他时刻CO仁0态转入下一状态时,个位和十位都必须清零,重新开始计数,这一功能我们!
RCO氐)RCO1过个位的LOAD端来实现,LOAD(高,的CP的非(即两个RCO勺与门)连入主控电路74LS74LOA设计时把个位的)1此时CO1=CO2=0,其它时刻为当完成一次计时,个位和十位同时完成循环,出现一下降沿,触发器计时,即系统跳到下一个状态,红绿灯转换,计时cp器开始下一次计时。
B)译码器和数字显示管LT和七段译码器来实现次项功能,由其功能状态表可知,我们选用74LS48
101
ABCD分及BI/RBO都接高时,才能实现正常的七段数字输出功能,
其输入端分别接入对应的数QOQ1Q2Q3的非门输出;输出FEABCD
74LS48别接的输出字显示管的各个管脚;管脚悬空;管脚都接地,
5数字显示管的3管脚和88则为完74LS48的LT接高时,可用来检
测显示管是否损坏,若此时显示数字将好电路,否则有故障,应检查修复。
59-00-04-的数字倒计时显示循环。
5这样将电路连好,就可实现9-00-04-00-44这部分倒计时数字显示电路图如下:
・・U6;E
5.总体电路图
四.结论仿真结果分析得,当整个系统在第一状态时主干道绿灯亮,支干道红灯亮,此时给两个计数器置数,绿灯60S,红灯45S。
当主干道计数结束时,给主干道的控制器一个脉冲,使它进入第二状态,即黄灯亮,并给计数器置数,当黄灯计数结束时,支干道的红灯也计数结束。
则主干道进入第三状态,即红灯亮。
而支干道即绿灯亮。
支干道计数结束后,进入第四状态,即黄灯亮。
当黄灯计数结束后,主、支干道同时又进入第一状态,即主干道绿灯亮,支干道红灯亮,便进入了下一循环。
此结果与预期设计结果完全吻合,即达到了要求。
五.参考文献
[1]康华光.《电子技术基础模拟部分》.第5版.北京:
高等教育出版社,2006.485-500
[2]康华光.《电子技术基础数字部分》.第5版.北京:
高等教育出版社,2006.1-430
[3]刘明丹.《基于数字电路对交通灯控制的研究与设计》.实验技术与管理.2005,22(6):
03-06
[4]任中民.《交通灯数字控制系统的电路设计》.辽宁省交通高等专科学校学报.2005,7
(2):
45-46
[5]陈宗
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- 数字电路 交通 信号灯 设计