十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)

1、課 程 設(shè) 計十字路口自動紅綠燈指揮系統(tǒng)設(shè)計題目 學(xué)生姓名 學(xué) 號專業(yè)班級指導(dǎo)教師 2015 年 7 月 30 日目錄一、主要指標(biāo)及要求····································· 1二、方案選擇&#

2、183;·········································· 1三、工作原理分析·····

3、3;································· 1四、單元模塊設(shè)計及分析··············

4、83;·················· 24.1時鐘信號脈沖發(fā)生器設(shè)計··························24.2定時器設(shè)計·&#

5、183;····································44.3 延時電路設(shè)計···········

6、83;························54.4狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計·······················

7、83;········ 6 4.5置數(shù)組合邏輯設(shè)計································ 7五、總電路圖······

8、;····································· 9六、設(shè)計心得···········

9、83;······························· 9七、參考文獻·················&

10、#183;························· 10十字路口自動紅綠燈指揮系統(tǒng) 班級： 指導(dǎo)老師: 學(xué)生： 學(xué)號：一、主要指標(biāo)及要求 1.自動完成綠黃紅綠工作循環(huán)； 2.每種信號燈亮的時間不等，如：綠燈亮20秒黃燈亮5秒紅燈亮15秒，如此循環(huán)； 3.用倒計時的方法，數(shù)字顯示當(dāng)前信號的剩余時間，提醒行人和司機； 4(*) 信號燈的時間分

11、別可調(diào)，以適應(yīng)不同路口，不同路段交通流量的需求。二、方案選擇3、 工作原理分析 本電路分為五個模塊，即時鐘信號脈沖發(fā)生器、定時器、延時電路、狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路、置數(shù)組合邏輯電路。其中由555定時器組成的時鐘信號脈沖發(fā)生器為由兩片74LS192計數(shù)器組成的定時器電路提供1Hz的脈沖信號，使計時器能夠正常計數(shù)。由三片雙四選一數(shù)據(jù)選擇器組成的置數(shù)組合邏輯電路分別為計數(shù)器置19s、4s、14s和0s等不同的數(shù)。當(dāng)計數(shù)歸零時，計數(shù)器的溢出信號使雙D觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生跳轉(zhuǎn)，同時控制著綠黃紅燈的亮滅，使得綠黃紅燈亮?xí)r，定時器分別置19s、4s、14s。延時電路起到延時作用，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)歸零時，溢出信號通過延時電路先

12、使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，再加載信號，使計數(shù)器置一個新數(shù)。四、單元模塊設(shè)計及分析4.1時鐘信號脈沖發(fā)生器 時鐘信號脈沖發(fā)生器選用555定時器主要用來產(chǎn)生秒脈沖信號。脈沖信號的頻率可調(diào)，所以可以采用555組成多諧振蕩器，其輸出脈沖作為下一級的時鐘信號。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時器的電源電壓范圍寬，可在516V工作，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路 接通電源后，VCC通過電阻R1、R2給電容C充電，

13、充電時間常數(shù)為（R1+R2），電容上的電壓vC按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到VREF1=2VCC/3時，比較器C1輸出高電平，C2輸出低電平，RS=10，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T28導(dǎo)通，此時v0輸出低電平，電容C開始通過R2放電，放電時間常數(shù)約為R2C，vC下降，當(dāng)下降到VREF2=VCC/3時，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，RS=01，觸發(fā)器被置位，放電管T28截止，v0輸出高電平，電容C又開始充電，當(dāng)vC上升到時VREF1=2VCC/3，觸發(fā)器又開始翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)始，輸出矩形脈沖。其電路原理圖如下： 電路的振蕩周期為： 振蕩頻率為 脈沖的占空比為： 要產(chǎn)生1Hz的脈沖信號，選取電路參數(shù)

14、，代入公式得：。下圖是輸出端out接示波器后的仿真波形圖：4.2定時器定時器選用可逆計數(shù)器74192，置數(shù)組合邏輯為定時器提供19、4、14秒的定時信號分別控制控制器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，當(dāng)?shù)褂嫈?shù)到零時，計數(shù)器產(chǎn)生的回零信號提供給雙D觸發(fā)器的CLK端，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使不同顏色交通燈狀態(tài)發(fā)生跳轉(zhuǎn)。計數(shù)器由兩片74192構(gòu)成，由雙D觸發(fā)器的輸出Q1Q0決定預(yù)置時間，Q1Q0=00時，預(yù)置時間為19秒，Q1Q0=01時，預(yù)置時間為4秒，Q1Q0=10時，預(yù)置時間為14秒,Q1Q0為11時，預(yù)置時間為0。第一片74192控制十位數(shù)字，第二片74192控制個位數(shù)字，由于進行的是減法計數(shù)，所以CLK端接地，兩個

15、端和兩個CPU端均接高電平，低位的CPD端接555定時器的輸出脈沖信號，每當(dāng)上升沿到來時，計數(shù)器記一次數(shù)；低位的端與高位的CPD端相連，當(dāng)?shù)臀坏挠嫈?shù)器計到零時，高位計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)最高位的QD計到零時，將它與端通過一個非門相連，使端變?yōu)楦唠娖?，從而重新計?shù)。 定時器選用的是74LS192,74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能,其引腳排列圖及功能表如下： 74LS192功能表RLDCPUCPD功能HXXX復(fù)位LLXX預(yù)置LHH加計數(shù)LHH減計數(shù)192 為可預(yù)置的十進制同步加/ 減計數(shù)器， 共有54192/74192，54LS192/74LS192 兩種

16、線路結(jié)構(gòu)形式。其主要電特性的典型值如下： 192 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（LR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。192 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（LD）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（AD）相一致的狀態(tài)。192 的計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在4 個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應(yīng)為高電平。4.3延時電路 倒計時歸零后，必須先使雙D觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，然后才能發(fā)出

17、信號，使計數(shù)器重新計數(shù)，所以必須讓溢出信號通過一個延時電路輸出給，用可調(diào)的RC延時電路，既方便又簡單。具體電路如下： 4.4狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路 由于有綠黃紅三種狀態(tài)，所以狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路選用雙D觸發(fā)器，第一個觸發(fā)器的CLK端接時鐘信號，第二個觸發(fā)器的CLK端接第一個觸發(fā)器的端，當(dāng)上升沿到來時，觸發(fā)觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，但雙D觸發(fā)器總共有4種狀態(tài)：00、01、10和11，其中00、01和10狀態(tài)分別控制綠燈、黃燈和紅燈，將11狀態(tài)設(shè)置為綠黃紅燈全滅，且置0秒，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下：燈狀態(tài)次態(tài)要置的數(shù)十位個位Q1Q0Q1*Q0*D1C1B1A1D0C0B0A0綠G00011900011001黃Y011040000

18、0100紅R101114000101001100000000000 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可設(shè)計出控制綠黃紅燈亮滅的組合邏輯電路，其方程如下：G=Y=R=觸發(fā)器次態(tài)或通過7408與門芯片和500限流電阻與分別于紅黃綠小燈相連，觸發(fā)器的端分別于置數(shù)組合邏輯的AB端相連，當(dāng)為00，為01時，綠燈亮，且置19秒；當(dāng)為01，為10時，黃燈亮，且置4秒；當(dāng)為10，為11時，紅燈亮，且置14秒；當(dāng)為11，為00時，綠黃紅燈全滅，且置0秒。雙D觸發(fā)器74LS74及四二輸入與門7408的芯片引腳圖如下：狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路如下：4.5置數(shù)組合邏輯置數(shù)組合邏輯選用三片雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153，其中第一片74LS153的1

19、Y端接高位74LS192的A端，控制十位數(shù)字；第二片74LS153的1Y和2Y和第三片74LS153的1Y和2Y分別接低位74LS192的A、B、C、D端，控制個位數(shù)字，三片74LS153的A、B端連在一起，并分別與兩個觸發(fā)器的Q端相連，每當(dāng)觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，就置一個新的數(shù)，置數(shù)組合邏輯真值表如下：燈狀態(tài)次態(tài)要置的數(shù)十位個位Q1Q0Q1*Q0*D1C1B1A1D0C0B0A0綠G00011900011001黃Y0110400000100紅R101114000101001100000000000置數(shù)組合邏輯電路圖如下：雙4選1數(shù)據(jù)選擇器引腳圖如下：五、總電路圖六、設(shè)計心得對于此次課程設(shè)計，總

20、的來說，我們成功了。我們小組三個人絞盡腦汁，同心協(xié)力，共同完成了我們的課程設(shè)計。我們的設(shè)計共分設(shè)計仿真電路和實際電路搭建兩部分。在設(shè)計仿真電路的過程中，我們采取一部分一部分的分析，查閱各種資料，參考了許多相關(guān)書籍，可是還是遇上了不少困難，我們不僅要搞清楚各種芯片的使用方法，還要考慮它們之間的連接能達(dá)到什么功能，為了實現(xiàn)仿真，我們廢寢忘食，我們通過在草稿紙上畫真值表、卡諾圖以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等來將功能要求表示清楚，更加直觀方便。在最后連好總電路圖仿真的時候，基本功能可以實現(xiàn)了，就是綠紅黃按相應(yīng)要求跳轉(zhuǎn)后，第四個空狀態(tài)不能置零，總是置成四秒，我們經(jīng)過討論后加上了延時電路，然后電路就正常了，仿真電路就此完成。在實際電路搭建的時候碰到的問題就更多了，由于電路連線較多，很容易連錯，再加上實驗電路箱和面包板以及芯片和線路接觸不良等問題，我們小心翼翼的連好了各部分電路，將各部分分開調(diào)試，發(fā)現(xiàn)計數(shù)器的數(shù)碼顯示管總是每隔2倒計時計數(shù)，而且計數(shù)不穩(wěn)定，我們仔細(xì)的檢查了電路連線，發(fā)現(xiàn)沒有錯誤，我們就懷疑是面包板的問題，所以我們換了面包板后，計數(shù)器就正常了，但是我們調(diào)試了每個模塊都沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，把整個電路連起來功能總是實現(xiàn)