交通灯控制逻辑电路设计实验报告(共12页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上电子技术课程设计报告交通灯控制逻辑电路设计作品40%报告20%答辩20%平时20%总分100% 设计题目： 交通灯控制逻辑电路设计 班级学号： 学生姓名： 专心-专注-专业目录一、预备知识1、CD40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号CD40192（同CC4019274LS192）说明如下：当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其他功能。当CR为低电平，置数端也为低电平时，数据直接从置数端J1、J2、J3、J4置入计数器。 引脚功能：LD（11脚）置数端CU(5脚)加计数端CD(4脚)减

2、计数端C0（12脚）非同步进位输出端B013脚）非同步借位输出端。J1、J2、J3、J4计数器输入端.Q1、Q2、Q3、Q4数据输出端CR（14脚）清除端. 当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CD接高电平，计数脉冲由CU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入。2、CD4511芯片CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 CD4

3、511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示

4、6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。 用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法二、 课程设计题目：交通灯控制逻辑电路设计为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。交通灯控制器的

5、系统框图如图所示。交通灯控制器系统框图三、 课程设计目的及基本要求1、满足顺序工作流程。 图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。 它们的工作方式，有些必须是并行进行的，即南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。交通灯顺序工作流程图2. 应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。时序工作流程图如图所示。 图中，假设每个单位时间为3秒，则南北、东西方向

6、绿、黄、红灯亮时间分别为15秒、3秒、18秒，一次循环为36秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。交通灯时序工作流程图3. 十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：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，直至减到数为“0”，十字路口红、绿等交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。例如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为18，并使数显计数器开始减“1”计数，当减到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数显得值应为3，当减到“0”时，此时黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向

7、的数显为18。4. 可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。5. 在完成上述任务后，可以对电路进行以下几方面的电路改进或扩展。 （1）在某一方向（如南北）为十字路口主干道，另一方向（如东西）为次干道；主干道由于车辆、行人多，而次干道的车辆、行人少，所以主干道绿灯亮的时间可以选定为次干道绿灯亮时间的2倍或3倍。（2）用LED发光二极管模拟汽车行驶电路。当某一方向绿灯亮时，这一方向的发光二极管接通，并一个一个向前移动，表示汽车在行驶；当遇到黄灯亮时，移位发光二极管就停止，而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动；红灯亮时，则另一方向转为绿灯亮，那么，这一方向的LED发光二极管就开始移位（表示这一

8、方向的车辆行驶）。四、 设计内容提要及说明1、根据设计任务和要求，参考交通灯控制器的逻辑电路主要框图，设计方案可以从以下几部分进行考虑。分析系统的逻辑功能，画出其框图交通灯控制系统的原理框图如图所示。它主要由控制器、译码器和秒等部分组成。秒脉冲发生器是该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。图中：TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，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

9、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。 2、画出交通灯控制器的ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车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，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行

10、绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车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TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及功能如表12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一。秒脉冲和分频器因十字路

11、口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:1:6，所以，若选4秒（也可以3秒）为一单位时间，则计数器每计4秒输出一个脉冲。这一电路就很容易实现，逻辑电路参考前面有关课题。交通灯控制器由波形图可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。扭环形计数器的状态表如表所示。状态表t计数器输出南北方向东西方向Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 NSG NSY NSREWG EWY EWR012345678910110 0 0 0 0 01 0 0 0 0 01

12、0 0 0 0 01 1 1 0 0 01 1 1 1 0 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 10 1 1 1 1 10 0 1 1 1 10 0 0 1 1 10 0 0 0 1 10 0 0 0 0 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 00 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 11 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式： 东西方向 绿： 黄： 红：南北方向 绿：黄：红：由于黄灯要求闪耀几次，所以用时标1

13、s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。3、显示控制部分显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。手动/自动控制，夜间控制这可用一选择开关进行。置开关在手动位置，输入单次脉冲，可使交通灯在某一位置上，开关在自动位置时，则交通信号灯按自动循环工作方式运行。夜间时，将夜间开关接通，黄灯闪亮。五、 原理图及原理说明1、原理说明（1）

14、单次手动及脉冲电路 单次脉冲是由两个与非门组成的RS触发器产生的，当按下K1时，有一个脉冲输出使74LS164移位计数，实现手动控制。K2在自动位置时，由秒脉冲电路经分频后（4分频）输入给74LS164，这样，74LS164为每4秒向前移一位（计数1次）。秒脉冲电路可用晶振或RC振荡电路构成。（2）控制器部分它由74LS164组成扭环形计数器，然后经译码后输出十字路口南北、东西两个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿、红灯灭。（3）数字显示部分 当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计 数器方式工作，从数字“24” 开始往下减，

15、当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。由于东西方向红灯灭信号（EWR：0）使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮使另一方向东西方向减法计数器开始工作。在减法计数开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入U/和的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。黄灯灭（Y=0）而红灯亮（R=1）开始减计数。2、 原理图六、 课程设计中涉及的实验仪器和工具1、通用实验底板2、直流稳压电源3、交通信号灯4、集成电路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及门电路5、显示：LC5011-11，发光二极管6、电阻7、开关七、 课程设计心得体

16、会通过本次的数模电课程设计， 让我将以前所学的书本的知识变成了自己亲手做的实物， 不仅完成了老师布置的课程设计任务，更使第一次将书本的知识充分的利用到实践当中， 其中的酸甜苦辣，欢欣喜悦，也只有自己能够体会。纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行，平时的课堂远不能满足实际的需要，在将来的学习生 活中，我们更应走进书本，走出课堂，从生活中发现问题，通过自己查阅书本资料，请教 老师同学解决实际问题，锻炼自己独立思考，实际动手的能力，更能强化我们的知识，使其真正变成为我所用的工具。 内容这次综合实验要求很高，我们在思考和设计上花了不少时间，其中收获也是不少。拿到一个project后，不要急于布线，首先要搞清楚要干什么，完成什么功能，分几部分完成，每部分完成什么功能，各部分之间的联系。布线时，不可太急，忌连错线，漏线，尽量不要压线。布线完成时，要在再检查一遍线路，防止烧线或者把交通灯烧了。没有一次就成功的电路，要耐心的检查出现的问题。通过这次实验报告，可以提高自己在电路设计和布线方面的技巧，对以后的学习有很大的帮助。八、 参考文献数字电子技术 电子工业出版社