交通信号灯控制器设计drwx.docx

电子技术术综合训训练设计报告告题目： 交通信信号灯控控制器制制作姓名： 田田飞龙 学号： 00822203005 班级： 自动动化三班班 同组成员员： 尚尚凯 周红红刚 指导教师师： 马洪洪飞 日期：220100年1月月12日摘 要 随着各各种交通通工具的的发展和和交通指指挥的需需要，第第一盏名名副其实实的三色色灯(红红、黄、绿绿三种标标志)于于19118年诞诞生。它它是三色色圆形四四面投影影器，被被安装在在纽约市市五号街街的一座座高塔上上，由于于它的诞诞生，使使城市交交通大为为改善。 当前，大大量的信信号灯电电路正向向着数字字化、小小功率、多多样化、方方便人、车车、路三三者关系系的协调调，多值值化方向向发展随随着社会会经济的的发展，城城市交通通问题越越来越引引起人们们的关注注.随着社社会的发发展,城市规规模的不不断扩大大,城市交交通成为为制约城城市发展展的一大大因素,因此,有许多多设计工工作者为为改善城城市交通通环境设设计了许许多方案案,而大多多数都为为交通指指挥灯,本电路路也正是是基于前前人设计计的基础础上进行行改进的的.全部有有数字电电路组成成,比较以以前的方方案更为为精确。关键词：控制器器 计数数器 信信号灯 译码电电路目录摘要2关键词22一、设计计任务和和要求11二.系统统设计22三、单元元电路设设计43.1主主控制器器43.1.1 774LSS90引引脚排列列图与逻逻辑图443.1.2 774LSS90的的功能表表及引脚脚功能.53.2、计计数器773.2.1计数数器的作作用73.2.2计数数器的工工作情况况73.2.3控制制信号灯灯的译码码电路的的真值表表83.2.4置数数电路993.2.5状态态译码电电路1113.3译译码显示示电路1133.3.1共阴阴极LEED七段段数码管管133.3.2 CCD45511译译码器1133.45555振振荡器构构成的秒秒脉冲电电路1663.4.1 5555定定时器的的引脚1163.4.2 5555定定时器构构成的多多谐振荡荡器1773.4.3 5555定定时器工工作原理理183.5交交通灯信信号灯控控制总体体框图220四、电路路安装、调调试与测测试211五、参考考文献22六、总结结、体会会和建议议23一、设计计任务和和要求设计并制制作一个个十字路路口的交交通信号号灯控制制器，控控制A、BB两条交交叉道路路上的车车辆通行行，基本要求求： 1、每每条道路路设一组组信号灯灯，每组组信号灯灯由红、黄黄、绿三三个灯组组成，绿绿灯表示示允许通通行，红红灯表示示禁止通通行，黄黄灯表示示该车道道上已过过停车线线的车辆辆继续通通行，未未过停车车线的车车辆停止止通行；2、每条条道路上上每次通通行的时时间为225S； 3、每每次变换换通行车车道之前前，要求求黄灯先先亮5SS，才能能变换通通行车道道；4、黄灯灯亮时，要要求每秒秒钟闪烁烁一次。5、电源源：2220V/50HHZ的工工频交流流电供电电；（注：直直流电源源部分仅仅完成设设计即可可，不需需制作，用用实验室室提供的的稳压电电源调试试，但要要求设计计的直流流电源能能够满足足电路要要求）6、按照照以上技技术要求求设计电电路，绘绘制电路路图，对对设计的的电路用用Mulltissim或或OrCCAD/PsppiceeAD99.2进进行仿真真，用万万用板焊焊接元器器件，制制作电路路，完成成调试、测测试，撰撰写设计计报告。发挥部分分：1、按照照交通规规则设计计人行道道指示灯灯2、其它它恰当的的功能二. 系系统设计计 十十字路口口的红绿绿灯指挥挥着行人人和各种种车辆的的安全通通行。每每边都设设置了红红、绿、黄黄色信号号灯。红红灯亮表表示禁止止通行，绿绿灯亮表表示可以以通行，在在绿灯变变红灯时时先要求求黄灯亮亮几秒钟钟，以便便让停车车线以外外的车辆辆停止运运行。 路口交交通指挥挥系统示示意图设南北干干道通行行时间为为N1，东西干道通行时间为N2，南北、东西干道黄灯的时间均为N3，按南北、东西干道通行的时间来看，设置N1=N2N3。系统工作流程图如图所示。南北干道绿灯亮，东西干道红灯亮计数器由N1到30递增计数南北干道黄灯亮，东西干道红灯亮计数器由N3到5递增计数南北干道红灯亮，东西干道绿灯亮计数器由N2到30递增计南北干道红灯亮，东西干道黄灯亮计数器由N3到5递增计S1S2S3S0系统工作作流程图图要实现上上述交通通信号灯灯的自动动控制，则则要求控控制电路路由时钟钟信号发发生器、计计数器、主主控制器器、信号号灯译码码驱动电电路和数数字显示示译码驱驱动电路等等几部分分组成，整整机电路路的原理理框图如如图所示示。四个个路口设设有红、黄黄、绿三三色灯和和两位884211BCDD码的计计数、译译码显示示器。 显示器译码器计数器时钟信号发生器支干道信号灯信号灯译码驱动电路主干道信号灯主控电路交通信号号灯控制制原理电电路框图图十字路口口车辆运运行情况况只有44种可能能：1）设设开始时时南北干道道通行，东西干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30s。2）30s后，南北干道停车，东西干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5s。3）5s后，南北干道不通行，东西干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为30s。4）20s后，南北干道仍不通行，东西干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5s。5s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图所示。S0S1S2S330s后5s后30s后5s后状态转换图 三、单元元电路设设计3.1主主控制器器3.1.1 774LSS90引引脚排列列图与逻逻辑图十字路口口车辆运运行情况况只有44种可能能，实现现这4个个状态的的电路，可可用两个个触发器器构成，也也可用一一个二-十进制制计数器器或二进进制计数数器构成成。我采采用二-十进制制计数器器74LLS900实现。采用反馈馈归零法法构成44进制计计数器,即可从从输出端端QBQA得到所所要求的的4个状状态。图图4-11 744LS990管脚脚排列图图,逻辑辑图如图图所示。为为以后叙叙述方便便，设XX1=QQB,X00=QAA。74LSS90管管脚排列列图主控制器器的逻辑辑图3.1.2 774LSS90的的功能表表及引脚脚功能.74LSS90功功能表输 入 输 出 功 能 清 0 置 9 时 钟 QD QQC QQB QQA R0(11)、RR0(22) S9(11)、SS9(22) CP1 CP22 1 1 0 × × 0 × × 0 0 0 0 清 0 0 × × 0 1 1 × × 1 0 0 1 置 9 0 × × 0 0  ××× 00 1 QA输出出二进制计计数 1 QDQCCQB输输出五进制计计数 QAA QDQCCQBQQA输出出 84421BBCD 码 十进制计计数 QD QAQDDQCQQB输出出 54421BBCD 码 十进制计计数 1 1 不 变 保 持 如表7 4LSS90功功能表：7 44LS990逻辑辑功能为为(1)计计数脉冲冲从CPP1输入入，QAA作为输输出端，为为二进制制计数器器。 (2)计计数脉冲冲从CPP2输入入，QDDQCQQB作为为输出端端，为异异步五进进制加法法计数器器。 (3)若若将CPP2和QQA相连连，计数数脉冲由由CP11输入，QQD、QQC、QQB、QQA作为为输出端端，则构成异异步84421码码十进制制加法计计数器。 (4)若将CCP1与与QD相相连，计计数脉冲冲由CPP2输入入，QAA、QDD、QCC、QBB作为输输出端，则构成异异步54421码码十进制制加法计计数器。 (5)清零、置置9功能能。a) 异异步清零零当R0(1)、RR0(22)均为为“1”；S9(1)、SS9(22)中有有“0”时时，实现现异步清清零功能能，即QQDQCCQBQQA000000。b) 置置9功能能当S9(1)、SS9(22)均为为“1”；R0(1)、RR0(22)中有有“0”时时，实现现置9功功能，即即QDQQCQBBQA10001。3.2、计计数器3.2.1计数数器的作作用计数器的的作用有有二：一一是根据据南北干道道和东西西干道车车辆运行行时间以以及黄灯灯切换时时间的要要求，进进行300s、220s、55s 33种方式式的计数数；二是是向主控控制器发发出状态态转换信信号，主主控制器器根据状状态转换换信号进进行状态态转换。3.2.2计数数器的工工作情况况计数器除除需要秒秒脉冲作作时钟信信号外，还还应受主主控制器器的状态态控制。计计数器的的工作情情况为：计数器器在主控控制器进进入状态态S0时时开始660s计计数；330s后后产生归归零脉冲冲，并向向主控制制器发出出状态转转换信号号，使计计数器归归零，主主控制器器进入状状态S11，计数数器开始始5s计计数；55s后又又产生归归零脉冲冲，并向向主控制制器发出出状态转转换信号号，使计计数器归归零，主主控制器器进入状状态S22，计数数器开始始20ss计数；20ss后也产产生归零零脉冲，并并向主控控制器发发出状态态转换信信号，使使计数器器归零，主主控制器器进入状状态S33，计数数器又开开始5ss计数；5s后后同样产产生归零零脉冲，并并向主控控制器发发出状态态转换信信号，使使计数器器归零，主主控制器器回到状状态S00，开始始新一轮轮循环。根据以上上分析，设设30ss、200s、55s计数数的归零零信号分分别为AA、B、CC，则计计数器的的归零信信号L为为： LL=A+B+CC其中：A=S00 QCC2= QC22B=S22 QBB2 QQA2= QB22QA2C=S11 QBB1 QQA1+SS3 QQB1QA1= X0 QB11 QA11考虑到主主控制器器的状态态转换为为下降沿沿触发，将将L取反反后送到到主控制制器的CCP端作作为主控控制器的的状态转转换信号号。可选选用集成成异步十十进制加加法记数数器(774LSS90)。图55-1计计数器。图计数器器(利用用74LLS900正计数数功能)3.2.3控制制信号灯灯的译码码电路的的真值表表主控制器器的4种种状态分分别要控控制主、支支干道红红、黄、绿绿灯的亮亮与灭。设设灯亮为为1，灯灯灭为00，则控控制信号号灯的译译码电路路的真值值表。表控制信信号灯的的译码电电路的真真值表主控制器器状态主干道支干道 XX1 XX0红灯R 黄黄灯Y 绿灯灯G红灯r 黄黄灯y 绿绿灯gS0 00 0 S10 11S2 11 0S3 11 1 001010100100100100001010由灯控真真值表可可写出六六盏等的的逻辑式式,经化化简获的的六盏灯灯逻辑式式为：由真值表表得灯控控函数逻逻辑表达达式R=QBB r =Q BBY=QBB QA y =QBBQA _G=QBBQA g =QBBQA3.2.4置数数电路由真值表表可分别别写出各各灯的逻逻辑表达达式：R=S22+S33=X11X0+X1XX0=XX1 YY=S11=X11X0 GG=S00=X11X0 rr=S00+S11=X11X0+X1XX0=XX1 yy=S33=X11X0 g=S2=X1XX0根据功能能要求采采用以下下逻辑门门电路构构成：门电路是是数字逻逻辑电路路的基本本组成单单元，门门电路按按逻辑功功能可分分为：与与门、或或门、非非门以及及与非门门、或非非门、异异或门、同同或门、与与或非门门。若按按电路结结构组成成的不同同，可分分为立元元件门电电路、CCMOSS集成门门电路、TTTL集集成门电电路等。各各种集成成门电路路通常都都封装在在集成芯芯片内。此此次设计计采用的的集成电电路有774LSS04、774LSS00、774LSS20、774LSS12、774LSS08引脚脚排列图图如下图图所示这这些集成成电路的的封装形形式均为为双列直直插式。为为双列直直插式集集成电路路的右下下方通常常是地线线GNDD，左上上方引脚脚一般是是电源线线VCCC，其它它引脚的的用途如如图中符符号所示示，每个个集成电电路都有有自己的的代号，与与代号对对应的名名称形象象地说明明了集成成电路的的用途。如如74LLS000是二输输入端四四与非门门，它说说明这个个集成电电路中包包含四个个二输入入端的与与非门。774LSS04、774LSS00、774LSS20引引脚图如如下图所所示：图74LLS044六非门门内部结结构引脚脚图图74LLS000四入与与非门内内部结构构引脚图图图74220四输输出与非非门内部部结构引引脚图图74LLS100三输出出与非门门内部结结构引脚脚图3.2.5状态态译码电电路根据灯控控函数逻逻辑表达达式,可可画出由由与门和和非门组组成的状状态译码码器电路路,如图图所示。将将状态控控制器，状状态译码码器以及及模拟三三色信号号灯相连连接，构构成三色色信号灯灯逻辑控控制电路路，如图图所示。图 态译译码电路路3.3译译码显示示电路译码显示示电路主主要是由由共阴极极LEDD七段数数码管，CD4511译码器组成。3.3.1共阴阴极LEED七段段数码管管数码管分分为共阳阳极结构构和共阴阴极结构构。若显显示器共共阳极连连接，则则对应阳阳极接高高电平的的字段发发光；而而显示器器共阴极极连接，则则接低电电平的字字段发光光。此次设计计采用的的是共阴阴极连接接如图图 共共阴极数数码管引引脚图3.3.2 CCD45511译译码器图 CDD45111管脚脚功能排排列图1.以下下介绍各各引脚的的功能：其功能介介绍如下下： BII：4脚脚是消隐隐输入控控制端，当当BI=0 时时，不管管其它输输入端状状态如何何，七段段数码管管均处于于熄灭（消消隐）状状态，不不显示数数字。 LTT：3脚脚是测试试输入端端，当BBI=11，LTT=0 时，译译码输出出全为11，不管管输入 DCBBA 状状态如何何，七段段均发亮亮，显示示“8”。它它主要用用来检测测数码管管是否损损坏。 LEE：锁定定控制端端，当LLE=00时，允允许译码码输出。 LE=1时译译码器是是锁定保保持状态态，译码码器输出出被保持持在LEE=0时时的数值值。 A11、A22、A33、A44、为884211BCDD码输入入端。 a、bb、c、dd、e、ff、g：为译码码输出端端，输出出为高电电平1有有效。2.数码码连接译译码电路路。CD45511是是一种BBCD码码输入端端,其中中D是高高电位;a、b、c、d、e、f、g是输出出端,输输出高电电平有效效,和共共阴极半半导体发发光数码码管各发发光段的的阳极引引出线相相互连接接，下面面是七段段数码显显示器管管脚接法法，CDD45111和数数码管的的管脚排排列图:图 段数数码显示示器管脚脚接法图 数码码管连接接电路图图3. 真真值表共阳极数数码管的的数字显显示真值值表如下下表所示示表 七段段显示译译码电路路真值表表3.45555振振荡器构构成的秒秒脉冲电电路 5555定定时器是是种中规规模集成成电路，只只要外部部配上适适当阻容容元件，就就构成脉脉冲产生生和整形形电路。3.4.1 5555定定时器的的引脚 时器5555定定时器内内部结构构和引脚脚排列图图，如内内部电路路图，引脚排排列图。5555定定时器内内部含有有一个基基本RSS触发器器，配个个电压比比较器CC1,CC2,一一个放电电三极管管T由三三个5KK的电阻阻的分配配器，5555定定时器因因此而得得名一个个输出缓缓冲器GG3。比比较器CC1的参参考电压压为2VVCC/3加在在同相输输入端CC2的参参考电压压为VCCC/33加在反反相输入入端，两两者均由由分在器器上取得得。图 5555的的内部电电路图 5555定时器器引脚排排列图555定定时器个个引线端端的用途途如下：11端端为接地地线；22端端为低电电平触发发端，也也称为触触发输入入端。当当2端的的输入高高电压高高 于VVCC/33时，CC2输出出为1；当输入入电压低低于VCCC/33时，CC2的输输出为00，使基基本触发发器置11；33端端U0为输出出端；44端端是复位位端，当当=0时时，基本本触发器器直接置置0，使使Q=00，=11；53端端UDDD 为电电压控制制端，如如果COO 端另另加控制制电压，则则可以改改变C11，C22的参考考电压。工工作中不不使用CCO 端端时，一一般都通通过一个个0.001uFF的电容容接地，以以防旁路路干扰；66端端TH 为高电电平触发发端，当当输入电电压低于于2VCCC/33时，CC1的输输出为11；当输输入电压压高于22VCCC/3时时，C11的输出出为0，使使基本触触发器置置0，即即Q0=0，=1，这这时定时时器输出出U0=0；77端端D为放放电端。当当基本触触发器的的=1时时，放电电晶体管管T导通，外外接电容容元件通通过T放放电；88端端VCCC为电源源端，可可在4.3-11.6VV范围内内使用，若若为CMMOS电电路，则则VCCC=3-18VV。表7-11 5555定时时器功能能表，它它全面表表示了5555的的基本功功能。55定时时器功能能表3.4.2 5555定定时器构构成的多多谐振荡荡器多谐振荡荡器产生生矩形波波的自激激振荡电电路，由由于矩形形波包含含和高次次谐波成成分，因因此称为为多谐振振荡器。如如图7-3 5555定定时器图图7-44 波形形图采用用5555设计的的多谐振振荡器及及其工作作波形，其其振荡频频率与实实际的数数字钟频频率略有有出入，但但可以通通过校时时装置校校时。多多谐振荡荡器也称称无稳态态触发器器，它没没有稳定定状态，同同时毋须须外加发发脉冲，就就能输出出一定频频率的矩矩形脉冲冲（自激激振荡）。用用5555实现多多谐振需需要外接接电阻RR1，RR2和电电容C，并并外接+3V的的直流电电源。只只需在+VCCC端接上上+3VV的电源源，就能能在3脚脚产生周周期性的的方波。图 本次次设计的的秒脉冲冲电路图图3.4.3 5555定定时器工工作原理理接通电后后，它经经过电阻阻和对电容容C充电，当当上升略略高于时时，比较较器C11的输出出为“0”，将触触发器置置“0”，为“0”。这时时，1，放电电管T导通，电电容C通过和T放电，下下降。当当下降略略低于时时，比较较器C22的输出出为“0”，将触触发器置置“1”，又由“0”变为“1”。由于于0，放电电管T截止，又又经过和和对电容容C充电。如如此重复复上述过过程，为为连续的的矩形波波。第一个暂暂稳状态态的脉冲冲宽度，即即从充电上上升到所所需的（）CCln220.77（）C     第二个暂暂稳状态态的脉冲冲宽度，即即从放电下下降到所所需的时时间：Cln220.77C   振荡周期期 T=+0.77(2)C   振振荡频率率占空比 由式可得得,占空空比大于于总是>>%500。若设设占空比比=%550，又又知交通通信号灯灯的振荡荡周期是是1S，可可得到本本次所需需要的元元器件阻阻值：R144.7KKR244.7KKC11100nnFC2110nF3.5交交通灯信信号灯控控制总体体框图根据设计计各部分分功能可可画出交交通信号号灯控制制系统总总体框图图：图 交通通信号灯灯控制系系统总体体框图四、电路路安装、调调试与测测试在电路板板上按整整机框图图把主控控制器、计计数器、信信号灯译译码器、数数子显示示译码器器和秒脉脉冲信号号发生器器焊接好好然后按按以下步步骤进行行调试：1秒脉脉冲信号号发生器器的调试试，按照照数字电电子钟的的方法逐逐级调试试振荡电电路和分分频电路路，使输输出设计计符合设设计要求求。2将秒秒脉冲信信号送入入主控制制器的CCP端，观观察主控控制器的的状态是是否是按按00、001、110、111、000的规律律变化。3将秒秒脉冲信信号送入入计数器器的CPP端，接接入主控控制器的的状态信信号X00、X11，并把把主控制制器的状状态信号号送入主主控制器器的CPP端，观观察计说说器是否否按300秒、55秒、330秒、55秒、330秒循环计计数。4把主主控制器器的状态态转换信信号X11、X00接至信信号灯的的译码电电路，观观察6个个发光二二极管是是否按设设计要求求发光。5整机机联调，使使交通信信号灯控控制电路路正常工工作。 以上是本本次设计计的全过过程，由由以上分分析知此此设计所所需材料料有：33片744LS990、22片CDD45111和22个共阴阴数码管管、1个个5555定时器器、2片744LS004、11片744LS220、11片744LS000、11片744LS110、11片744LS008、114个2220 ohmm电阻、22个4.7k电电阻、11个1000nF电容容、1个个10nF 电电容和导导线若干干。五、参 考 文文 献1康康华光 电子子技术基基础-模拟拟部分M 北京：高等教教育出版版社，220000，72童童诗白 模拟拟电子技技术基础础M 北京京：高等等教育出出版社，220000，1003成成 立立 数数字电子子技术M北北京：机机械工业业出版社社，20004，114阎阎 石石 数数字电子子技术M 北京：高等教教育出版版社，220000，55毕毕满清 电子子技术实实验与课课程设计计（第三三版）M北北京：机机械工业业出版社社，20005，776谢谢自美 电子子线路设设计·实验·测试（第第4版）M北北京：高高等教育育出版社社，20000，337孙孙肖子 邓建建国 陈陈 男男 电电子设计计指南 M 北京京：高等等教育出出版社，220066，1008赵赵曙光 可编编程器件件原理、开开发及应应用MM 西西安：西西安电子子科技大大学出版版社，220022,29潘潘 松 黄继继业 EEDA技技术实用用教程（第第二版）M 北京：科学出版社，2006，6六、总结结、体会会和建议议经过这个个课程设设计，我我真正体体会到了了学有所所用，同同时也让让我更加加深刻的的了解数数字逻辑辑电路的的重要性性，真正正体会到到一种共共同学习习、共同同进步的的学习气气氛，一一种大讨讨论的学学习氛围围。这次次设计对对我来说说感触最最深的是是，要做做好一个个设计，首首先要了了解每一一个部分分所涉及及的知识识点，掌掌握它的的原理；同时要要跟同伴伴们紧密密联系、加加强合作作，体会会到一种种合作意意识。整整个设计计我都参参与其中中，这令令我的分分析设计计以及动动手能力力有了很很大的提提高，培培养了我我思考问问题的全全面性；让我明明白，做做学问要要有一丝丝不苟的的态度，遇遇到困难难要有勇勇往直前前的精神神，做事事情要有有耐心和和毅力，工工作中要要学会与与人合作作，认真真听取他他人意见见，这样样做事情情才会顺顺手、顺顺心，举举得事倍倍功半的的效果。28