数字电子技术:交通灯控制电路设计通信电子电子设计_通信电子-电子设计.pdf
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1、数字电子技术:交通灯控制电路设计 0/14 课程设计报告 课程名称:数字电子技术 设计题目:交通灯控制电路设计 院 系:班 级:设 计 者:学 号:指导教师:数字电子技术:交通灯控制电路设计 1/14 目 录 一、设计目的.2 二、设计要求和设计指标.2 三、设计内容.2 3.1 总体设计.2 3.1.1 交通灯控制的实现.2 3.1.2 总原理图.4 3.2 单元电路的设计.5 3.2.1 秒脉冲发生器.6 3.2.2 定时器.6 3.2.3 译码电路.8 3.2.4 控制器.9 3.2.5 显示部分.11 3.3 仿真结果与分析.12 四、总结.13 五、主要参考文献.13 计者学号指导教
2、师数字电子技术交通灯控制电路设计目录一设计目的二设计要求和设计指标三设计内容总体设计交通灯控制的实现总原理图单元电路的设计秒脉冲发生器定时器译码电路控制器显示部分仿真结果与分析四总结五主要形成十字交叉路口为确保车辆安全迅速地通行在交叉路口的每个入口处设置了红绿黄三色信号灯红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内实现红绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要道允许亮绿灯时主干道亮红灯主支干道交替允许通行主干道每次放行支干道设计和计时显示电路在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间要亮的黄灯作为过渡设置计时显示电路三设计内容总体设计交通灯控制的实现交通灯控制系数字电子
3、技术:交通灯控制电路设计 2/14 交通灯控制电路设计 一、设计目的 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口,为确保车辆安全、迅速地通行,在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行;绿灯亮允许通行;黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。二、设计要求和设计指标(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
4、绿灯变成亮红灯的转换过程中间,要亮 5s 的黄灯作为过渡,设置 5s 计时显示电路。三、设计内容 3.1 总体设计 3.1.1 交通灯控制的实现 交通灯控制系统的原理框图如图 1 所示。它主要由控制器、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,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制区是系统的主要部分,由它控制计者学号指导教师数字电子技术交通灯控制电路设计目录一设计目的二设计要求和设计指标三设计内容总体设计交通灯控制的实现总原理图单元电路的设计秒脉冲发生器定时器译码电路控制器显示部分仿真结果与分析四总结五主要形成十
5、字交叉路口为确保车辆安全迅速地通行在交叉路口的每个入口处设置了红绿黄三色信号灯红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内实现红绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要道允许亮绿灯时主干道亮红灯主支干道交替允许通行主干道每次放行支干道设计和计时显示电路在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间要亮的黄灯作为过渡设置计时显示电路三设计内容总体设计交通灯控制的实现交通灯控制系数字电子技术:交通灯控制电路设计 3/14 定时器和译码器的工作。图 1 系统的原理框图 设控制器的初始状态为 S0,当 S0 的持续时间小于 25 秒时,TL=0,控制器保持 S0 不变。只有当 S0
6、 的持续时间等于 25 秒时,TL=1,控制器发出状态转换信号,并转换到下一个工作状态。如图 2 所示:图 2 交通灯的 ASM图 TL AG BR ST ST AY BR TY ARBY TY ST ST AGBR TL 秒脉冲发生器 定时器 控制器 译码器 甲车道信号灯 乙车道信号灯 计者学号指导教师数字电子技术交通灯控制电路设计目录一设计目的二设计要求和设计指标三设计内容总体设计交通灯控制的实现总原理图单元电路的设计秒脉冲发生器定时器译码电路控制器显示部分仿真结果与分析四总结五主要形成十字交叉路口为确保车辆安全迅速地通行在交叉路口的每个入口处设置了红绿黄三色信号灯红灯亮禁止通行绿灯亮允许
7、通行黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内实现红绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要道允许亮绿灯时主干道亮红灯主支干道交替允许通行主干道每次放行支干道设计和计时显示电路在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间要亮的黄灯作为过渡设置计时显示电路三设计内容总体设计交通灯控制的实现交通灯控制系数字电子技术:交通灯控制电路设计 4/14 3.1.2 总原理图 计者学号指导教师数字电子技术交通灯控制电路设计目录一设计目的二设计要求和设计指标三设计内容总体设计交通灯控制的实现总原理图单元电路的设计秒脉冲发生器定时器译码电路控制器显示部分仿真结果与分析四总结五主要形成十字交叉路口为确保车辆安全迅速地
8、通行在交叉路口的每个入口处设置了红绿黄三色信号灯红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内实现红绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要道允许亮绿灯时主干道亮红灯主支干道交替允许通行主干道每次放行支干道设计和计时显示电路在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间要亮的黄灯作为过渡设置计时显示电路三设计内容总体设计交通灯控制的实现交通灯控制系数字电子技术:交通灯控制电路设计 5/14 图 3 总原理图 3.2 单元电路的设计 A 7 QA 13 B 1 QB 12 C 2 QC 11 D 6 QD 10 BI/RBO 4 QE 9 RBI 5 QF 15 LT 3 QG
9、 14 U1 74LS48 A 7 QA 13 B 1 QB 12 C 2 QC 11 D 6 QD 10 BI/RBO 4 QE 9 RBI 5 QF 15 LT 3 QG 14 U2 74LS48 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U3 74LS160 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U4 74LS160+5 V 1 2 3 U5:
10、A 74LS00 1 2 13 12 U6:A 74LS10+5 V+5V 1 2 U7:A 74LS04 3 4 U7:B 74LS04 5 6 U7:C 74LS04 1 X0 6 1 Y 7 1 X1 5 1 X2 4 1 X3 3 2 X0 10 2 Y 9 2 X1 11 2 X2 12 2 X3 1 3A 14 B 2 1 E 1 2 E 1 5U8 74LS153 1 X0 6 1 Y 7 1 X1 5 1 X2 4 1 X3 3 2 X0 10 2 Y 9 2 X1 11 2 X2 12 2 X3 1 3A 14 B 2 1 E 1 2 E 15 U9 74LS153+5V D
11、 2 Q 5 CL K 3 Q 6 S 4 R 1 U10:A 74LS74 D 1 2Q 9 CL K 11 Q 8 S 10 R 13 U10:B 74LS74 1 2 3 U11:A 74LS08 4 5 6 U11:B 74LS08 9 10 8 U11:C 74LS08 12 13 11 U11:D 74LS08 R1 200 C1 10nF+5V+5 V+5 V R2 200 R3 200 R4 200 R5 200 R6 200 R7 200 D1 LED-RED D2 LED-RED D3 LED-GREEN D4 LED-GREEN D5 LED-YELLOW D6 LED-
12、YELLOW R 4 DC 7 Q 3 G N D 1 V C C 8 TR 2 TH 6 CV 5 U12 NE555+5V C2 0.01uF C3 10uF R8 68k R9 15k?A B C D RST CLK CE 计者学号指导教师数字电子技术交通灯控制电路设计目录一设计目的二设计要求和设计指标三设计内容总体设计交通灯控制的实现总原理图单元电路的设计秒脉冲发生器定时器译码电路控制器显示部分仿真结果与分析四总结五主要形成十字交叉路口为确保车辆安全迅速地通行在交叉路口的每个入口处设置了红绿黄三色信号灯红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内实现红绿灯的自
13、动指挥对城市交通管理现代化有着重要道允许亮绿灯时主干道亮红灯主支干道交替允许通行主干道每次放行支干道设计和计时显示电路在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间要亮的黄灯作为过渡设置计时显示电路三设计内容总体设计交通灯控制的实现交通灯控制系数字电子技术:交通灯控制电路设计 6/14 3.2.1 脉冲信号发生器 脉冲信号发生器由 NE555电路与外围电路组成,其中 R8、R9、C3 的电阻电容值决定了脉冲宽度。既 T=(R8+2R9)C2ln2 当 T=1S,即可凑出 R8、R9、C3其中C3=0.01uF 是为了保持输出的波形的稳定。如图 4 所示,R9、C3组成一个串联 RC充放电电路,在 NE
14、555的 7 脚上输出一个方波信号,C3 上得到一个三角波,此三角波送到 NE555的 2 脚输入端,由NE555内部的比较器和门电路共同作用,维持 7 脚上的方波信号和 3 脚上的输出方波。R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U12NE555+5VC20.01uFC310uFR868kR915k 图 4 脉冲信号发生器原理图 3.2.2 定时器 定时器由与系统脉冲信号(由时钟脉冲产生器提供)同步的计数器构成,要求计数器在状态信号 ST 作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计计者学号指导教师数字电子技术交通灯控制电路设计目录一设计目的二设计要求和设计指标三设计内容总体设计
15、交通灯控制的实现总原理图单元电路的设计秒脉冲发生器定时器译码电路控制器显示部分仿真结果与分析四总结五主要形成十字交叉路口为确保车辆安全迅速地通行在交叉路口的每个入口处设置了红绿黄三色信号灯红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内实现红绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要道允许亮绿灯时主干道亮红灯主支干道交替允许通行主干道每次放行支干道设计和计时显示电路在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间要亮的黄灯作为过渡设置计时显示电路三设计内容总体设计交通灯控制的实现交通灯控制系数字电子技术:交通灯控制电路设计 7/14 数器从零开始进行增 1 计数,向控制器提供模 5
16、 的定时信号 TY和模 25 的定时信号 TL。计数器选用集成电路 74LS160 进行设计。74LS160 是十进制同步加法计数器,它具有异步清零、同步置数的功能。设计图如图 5 所示:A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U474LS160+5V123U5:A74LS00121312U6:A74LS10+5V12U7:A74LS0434U7:B74LS0456U7:C74LS04+5V 图 5 交通灯定时器
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