数电交通灯课程设计-交通信-灯控制器设计.docx
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1、课 程 设 计课程名称 数字电子技术 课题名称 交通信号灯控制器设计 专 业 自动化 班 级 0904 学 号 3 4 姓 名 管琴华 指导教师 陈意军 2011 年 12 月 7 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称:数字电子技术题目:交通灯信号控制器设计专业班级:自动化0904 学号:34学生姓名: 管琴华指导老师: 陈意军审批:任务书下达日期 2011年 11月 28日设计完成日期 2011年 12月 9 日设计内容与设计要求一、 设计内容1. 设计交通灯控制电路:以数字形式显示南北、东西两向通车时间、停车时间;2. 交通十字路口南北和东西方向两道上车辆交替运行,南北方向每次通行时间90
2、秒(绿灯亮),要求黄灯亮5秒后,才能交换车道;东西方向每次通行时间50秒(绿灯亮),要求黄灯亮5秒后,才能交换车;道工作流程如下:南北向绿灯亮,东西方向红灯亮90秒南北向黄灯亮,东西方向红灯亮5秒南北向红灯亮,东西方向绿灯亮50秒南北向红灯亮,东西方向黄灯亮5秒3. 利用软件对电路进行仿真;4. 分别采用两位数码管显示南北和东西方向时间5. 可以手动外置控制开关,清零和置数、启动;6. 功能扩展:1) 夜间黄灯闪耀;2) 自选。二、 设计要求:1.给出整体设计框图,提供总电路图;2.单元模块设计,给出具体设计思路和电路;3.给出各单元模块电路、总电路图的仿真结果;4.电路硬件实现和功能调试;5
3、.写出设计报告。主要设计条件1. 提供所需元件及芯片;2. 提供电源和调试设备;3. 提供设计软件;说明书格式1. 课程设计封面;2. 任务书;3. 说明书目录;4. 设计总体思路,基本原理和框图(总电路图);5. 单元电路的设计(各单元电路图);6. 安装、调试步骤;7. 故障分析与电路改进;8. 总结与体会;9. 附录(元器件清单);10. 参考文献;11. 课程设计成绩评分表。进度安排第一周星期一:课程内容介绍和查找资料;星期二:总体电路设计和分电路的设计;星期三:分电路设计与仿真;星期四:总体电路电路仿真,修改方案,电路调试;星期五:确定设计方案,安装电路;第二周星期一二:安装、调试电
4、路或验收电路;星期三:安装、调试电路或验收电路;星期四五:写设计报告;星期五下午:答辩,整理实验室;参考文献目录第一章绪论11.1.总方案概述11.2.设计思路11.3.实现目标2第二章模块电路的设计22.1.秒脉冲信号发生模块的设计22.2.倒计时计数模块的设计32.3.置数信号发生模块的设计42.4.交通灯状态显示模块的设计72.5.译码显示模块的设计9第三章电路的调试与安装103.1.总设计电路图103.2.电路的软件设计与调试过程103.3.电路的硬件调试与安装过程14第四章体会与心得18第五章附录185.1.芯片清单185.2.芯片引脚排列逻辑符号以及功能表195.3.参考文献24第
5、一章 绪论1.1. 总方案概述交通灯控制系统由秒脉冲信号发生模块、置数信号发生模块(包括东西方向和南北方向)、倒计时计数模块(包括东西方向和南北方向)、译码显示模块(包括东西方向和东西方向)和控制红绿黄显示模块(包括东西方向和南北方向)五大模块组成。它们之间的联系是:秒脉冲信号发生模块为倒计时计数模块提供脉冲信号,置数信号发生器提供状态信号给倒计时计数模块,置数信号发生器提供状态信号给控制红绿灯显示模块,倒计时计数模块输出信号给译码显示模块。总体框图如下:秒脉冲信号发生模块南北方向译码显示模块东西方向倒计时计数模块东西方向译码显示模块东西方向置数信号发生模块南北方向交通灯显示模块南北方向倒计时
6、计数模块南北方向置数信号发生模块东西方向交通灯显示模块图1-1 交通灯控制器系统框图1.2. 设计思路根据设计要求:交通十字路口南北和东西两道上车辆交替运行,南北方向每次通行时间90秒(绿灯亮),黄灯亮5秒后才能交换车道;东西方向每次通行时间50秒(绿灯亮),黄灯亮5秒后才能交换车道。要实现南北方向依次90秒、5秒、55秒的倒计时和东西方向依次95秒、50秒、5秒的两组倒计时,根据实验室的设备现有器件,选用两片74LS192十进制同步加/减计数器来实现南北方向的倒计时功能,那倒计时怎样才能实现90秒、5秒、55秒的倒计时呢?联想到N进制计数器的方法,这里就需要置位信号,由此需要置数信号发生器,
7、既然是同步的,这里需要一个秒脉冲信号,就涉及到CB555定时器的相关知识设计振荡周期为1秒的多谐振荡器。要把倒计时的功能显示出来,这里采用7段共阴显示管,由于计数器的输出信号不能直接给7段共阴显示管,需要驱动信号,就组成了译码显示模块。除了要能数码显示还有交通灯最关键的:灯状态信号输出,通过置数信号联系组合逻辑门电路的三种状态灯的显示,这里构成了交通灯显示模块。以上便是我的整体思路。1.3. 实现目标整个电路实现的功能如表1-1所示:南北方向东西方向数码显示状态交通灯显示状态注释数码显示状态交通灯显示状态注释90S 00S绿灯亮车行驶90秒95S 00S红灯亮禁止通行05S 00S黄灯亮正在过
8、路口的车行驶55S 00S红灯亮禁止通行50S 00S绿灯亮通行50秒5S 00S黄灯亮正在过路口的车可以行驶表 1-1第二章 模块电路的设计2.1. 秒脉冲信号发生模块的设计此模块采用555定时器以多谐振荡器为主体思路设计的秒脉冲信号发生器。实际中我们所采用的时间都是标准的1秒,脉冲的周期为T=CLn2*(R1+2R2)=1,R1=R2,C=10f,则有R1=1/3*C*Ln2=48K? ,取两个固定电阻47K与两个固定电阻1K的串联即可。如图2-1所示。 图2-12.2. 倒计时计数模块的设计此模块由两小模块够成,即:南北方向倒计时计数和东西方向倒计时计数。首先把两片十进制同步加减计数器7
9、4LS192构成两位十进制倒计时计数器。低位的减脉冲信号来自秒脉冲信号发生模块,它的借位信号送给高位的减计数脉冲信号端,清零端用开关接低电平,倒计时状态中开关是闭合的,断开可实现高低位的清零。然后根据功能,南北方向要依次实现90秒、05秒、55秒的倒计时,运用到置数端的置数功能,因为是低电平置数,只需把高位产生的借位信号(低电平有效)送给置数端即可。高位的借位端会依次产生3次借位有效信号,在这三次信号到来的同时还要给输出端置不同的信号,但是在置数55秒时,要其置数65秒才能实现,具体在下一模块体现。其计数输出端接译码器输入模块。东西方向要依次实现95秒、50秒、05秒的倒计时,如果和南北方向一
10、样把高位的借位信号送给高位和低位的置数端,初始会出现85秒而不是95秒,需要根据逻辑功能对置数信号进行设计,在下一模块设计中会提到解决方法。其计数器输出端接译码器的输入端。南北和东西方向置数信号如表2-1所示状态南北方向置数输出东西方向置数输出十位(D3D2D1D0)个位(D3D2D1D0)时间十位(D3D2D1D0)个位(D3D2D1D0)时间100100009010010101950000010105010100005001100101550000010105表2-1南北方向倒计时计数电路如图2-2所示。图2-2东西方向倒计时计数电路如图2-3所示。图2-32.3. 置数信号发生模块的设计
11、此模块分南北方向和东西方向。即:南北方向和东西方向置数模块。首先,根据南北方向和东西方向倒计时计数电路的个位借位端会出现16次的借位信号,运用N进制构成的方法,把两片同步十进制计数器74160构成16进制计数器,采用的是整体置数法。把两块芯片接成百进制计数器,然后将电路的15状态译码(高位0001,低位0101,门电路获进位信号)产生=0的信号同时加到两片74160上,在第16个输入脉冲到达时,将0000同时置数给两片74160中,从而得到16进制计数器。然后根据输出16种状态,取倒计时计数电路所需的状态信号。南北方向其状态信息如表2-2所示。置数器计数状态置数器计数显示倒计时计数所需状态倒计
12、时计数显示高位Q4低位(Q3Q2Q1Q0)高位(D3D2D1D0)低位(D3D2D1D0)000000010010000900100109000001010510000100110010155表2-2置数器计数显示00、09、10分别记为A、B、C三种状态:A= ,B=,C= 。(用四输入与门和非门组成)根据高位低位的状态,可设置:l 低位的D3D1连在一起接地;l 低位的D2D0连接在一起,由B或C状态给信号(用或门控制输出);l 高位的D2D1连接在一起,由C给出有效信号;l 高位的D3D0连接在一起,由A给出信号。注释:在置数55的信号时,高位置6(0110)的信号,倒计时计数和置数计数
13、相差了5秒,倒计时计数缩短了5秒信号,当来一次置数脉冲信号时,错过了置5的信号,所以给往后推迟5秒。如果高位置5(0101)的信号,倒计时会收到4的信号。南北方向置数模块电路如图2-4所示。图2-4东西方向其状态信息如表2-3所示。置数器计数状态置数器计数显示倒计时计数所需状态倒计时计数显示高位Q4低位(Q3Q2Q1Q0)高位(D3D2D1D0)低位(D3D2D1D0)000000010010101951000010000001015010101150101000005表2-3置数器计数显示00、10、15分别记为D、E、F三种状态:D= ,E= ,F= 。(用四输入与门和非门组成)根据高位低
14、位的状态,可设置:l 低位的D3D1连在一起给0信号;l 低位的D2D0连接在一起,由D和E状态给信号(用2输入或门控制输出);l 高位的D1给0信号;l 高位的D3由D状态信号给出;l 高位的D2由F状态信号给出;l 高位的D0由D和F状态信号给出(用2输入或门控制输出)东西方向置数发生模块如图2-4所示。图2-42.4. 交通灯状态显示模块的设计此模块分南北向和东西方向。即:南北方向交通灯显示模块和东西交通灯显示模块。南北方向状态分析表2-4。置数器十位显示(S)倒计时计数显示A状态B状态C状态灯状态090100绿灯亮089100000090001010500001黄灯亮15510000红
15、灯亮00900100表2-4由上状态信息表得出:在ABC为100时,红色和绿色会出现重叠1秒时间的信号,此时找出能控制这两个状态信号的控制信号,很明显,在低位产生借位信号(T低电平有效)的瞬间90的信号得以置数成功。在09到00倒计时时低位的借位信号时高电平。所以绿灯的状态信号等于;红灯的状态信号等于;黄灯的状态信号等于。南北方向交通灯显示模块如图2-5所示。图2-5南北方向状态分析表2-5。置数器十位显示(P)倒计时计数显示D状态E状态F状态灯状态09510000红灯亮10900001150001绿灯亮149100001090001000500100黄灯亮表2-5由表2-5状态信息表得出:在
16、DEF为001时,红色和绿色会出现重叠1秒时间的信号,低位借位信号用U表示,同理得到绿灯的状态信号等于;红灯的状态信号等于; 黄灯的状态信号等于;南北方向交通灯显示模块如图2-5所示。图2-52.5. 译码显示模块的设计半导体数码管和液晶显示器都可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动。为此,需要使用显示译码器将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号,以便使得数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。由于在PROTUES软件中使用的电压是5V的,译码输出给数码管内部的发光二极管的电流由5V经上拉电阻提供。译码驱动采用的是74LS48,数码管选择的是7段共阴数码管,外加上拉电阻。南北方向译码显
17、示模块电路如图2-6所示。图2-6东西方向方向译码显示模块电路如图2-7所示。图2-7第三章 电路的调试与安装3.1. 总设计电路图设计电路如图3-1所示图3-13.2. 电路的软件设计与调试过程进程大体分步:第一阶段:11月28日,因初次接触有点复杂的题型,思路并不是很清晰,按照任务书上的要求,结合题型的目的,画一个总体的框图。第二阶段:11月29日,用两片74ls192的芯片设计按照90秒05秒50秒05秒顺序显示的倒计时,并译码显示输出,用两片74160做16进制计数器取状态给倒计时计数提供置数信号,再由置数器的信号用逻辑组合电路来实现交通路灯的控制。完成了一个方向的设计,那另一个方向的
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