数字电子技术课程设计十字路口交通信号灯控制电路的设计.doc
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1、目录 设计内容. 21、电路的工作原理 32、性能简介. 53、整体电路框图. 64、各部分电路的设 74.1、逻辑控制电路的设计. 74.2、秒脉冲和4S脉冲产生电路的设计 . 154.3 设计直流稳压电源电路. 175、整体电路及工作原理介绍. 186、心的体会 . 197、材料单. 208、参考资料. 21设计内容 在城镇街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;黄灯亮表示该条道路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;绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、
2、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。设计一个十字路口的交通信号灯控制电路,基本要求如下:(1)甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为25秒。(2)每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道。(3)黄灯亮时,要求每秒钟闪亮一次。选做扩展功能:(4)十字路口有数字显示灯亮时间,要求灯亮时间以秒为单位作减计数;(5)要求通行时间和黄灯亮的时间均可在099s内任意设定。1.1 电路的工作原理交通灯定时控制电路的原理框图如图2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
3、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一个工作状态的定时。定时器甲车道信号灯秒脉冲发生器 TL TY ST译码器控制器乙车道信号灯 图1 交通灯控制电路原理框图逻辑控制电路是本设计的核心电路,由它控制交通信号灯按要求方式点亮(一般经驱
4、动电路去控制信号灯)。1.2 设计逻辑控制电路1.2.1 信号灯白天工作方式某方向绿灯点亮20秒,然后黄灯点亮4秒,最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间,另一方向红灯点亮。交通信号灯白天工作顺序流程图:南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮 5t南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮 1t南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮 5t南北方向红灯亮,东西方向黄灯亮 1t图2 交通信号灯白天工作顺序流程图注:t4S,黄灯亮时每秒闪动一次。南北方向绿、黄、红灯分别用NSG、NSY、NSR表示,东西方向绿、黄、红灯分别用EWG、EWY、EWR表示。从上述工作方式看出,有些输出是并行的:如南北方向绿灯亮时,东西方向
5、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。就某个方向而言,绿、黄、红灯亮的时间比为5:1:6。选时间单位(即CP)为4秒,则绿灯亮的时间为5420秒,黄灯亮的时间为144秒,红灯亮的时间为6424秒。1.2.2 夜间工作方式南北东西各方向黄灯亮,且每秒闪动一次。其它灯不亮。综合上述要求,电路包括:秒脉冲(CP)发生电路、分频器(由秒脉冲得4秒脉冲)、时序逻辑电路、组合逻辑电路。建议用TTL集成电路实现上述各部分电路。1.3 设计直流稳压电源电路直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源,故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应
6、满足整体电路的需要。直流稳压电源电路包括:降压、整流、滤波、稳压四个环节。要求对四个环节进行参数计算和器件选择。2性能简介该交通灯控制系统有白天和夜间两种工作模式:选择白天工作方式, 东西(南北)方向绿灯亮20s,黄灯以一秒的频率闪烁4s,与此同时,南北(东西)方向红灯亮24s,切换到另一方向;选择夜间工作方式,东西南北方向黄灯每秒闪动一次,其他灯不亮。3整体电路框图整体电路框图如下:东西信号灯南北信号灯组合逻辑电路十二进制计数器工作方式控制开关秒脉冲产生电路4分频器图3 电路整体框图4各部分电路的设计4.1 逻辑控制电路的设计4.1.1 白天工作方式逻辑控制电路的设计时序逻辑控制电路.方案论
7、证由于每个工作循环周期为12,所以可选用12进制计数器作为控制电路的核心。计数器可以用触发器组成,也可以用中规模集成计数器组成。应显示方式的要求建议用中规模移位寄存器组成扭环形12进制计数器。移位寄存器推荐用TTL类型,8位串入并出一位寄存器74LS164。.74LS164有关资料.引脚图图4 74LS164 引脚图功能表 输 入 输 出清零时钟串入 CPA BQA QB QC QD QE QF QG QH L H H H H L H HL LL L L L L L L LQA0 QB0 QC0 QD0 QE0 QF0 QG0 QH0H Q An Q Bn Q Cn Q Dn Q En Q F
8、n Q GnL Q An Q Bn Q Cn Q Dn Q En Q Fn Q GnL Q An Q Bn Q Cn Q Dn Q En Q Fn Q GnQA0 QB0 QC0 QD0 QE0 QF0 QG0 QH0:分别为寄存器输出QA QB QC QD QE QF QG QH在指明稳态输入条件建立之前的电平。Q An Q Bn Q Cn Q Dn Q En Q Fn Q Gn:分别为寄存器输出QA QB QC QD QE QF QG QH在时钟最近出现上升沿之前的电平。:异步清零端,低电平有效。A、B:串行输入端。当两个输入端任何一个或两个为低电平时禁止新数据输入,并在下一个时钟的上升沿
9、输出移位,并将第一级(QA)置为低电平。当两个均为高电平时,在下一个时钟的上升沿输出移位,并将第一级(QA)置为高电平。.应用电路.用74LS164组成的12进制扭环型计数器电路图5 12进制扭环型计数器电路.12进制扭环型计数器真值表输 入 计数器输出CPQA QB QC QD QE QF 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120 0 0 0 0 01 0 0 0 0 01 1 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 1
10、0 0 0 1 1 10 0 0 0 1 10 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 组合逻辑电路.真值表根据白天信号灯的点亮要求,将时序逻辑电路的输出作为组合逻辑电路的输入,而组合逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。组合逻辑电路的真值表如下。计数器输出南北信号 东西信号QA QB QC QD QE QFNSG NSY NSREWG EWY EWR0 0 0 0 0 01 0 0 0 0 01 1 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
11、 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1.表达式由上表写出组合逻辑电路输出与输入的表达式,经化简得:南北方向 东西方向NSG EWG=QEQFNSYQE EWYQFNSRQF EWR利用表达式,将时序逻辑电路的输出作为组合逻辑电路的输入,通过门电路可以实现白天信号灯的逻辑控制电路。由上述表
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