單片機(jī)實(shí)現(xiàn)紅綠燈控制

1、單片機(jī)紅綠燈設(shè)計目 錄第1章 選題背景11.1摘要11.2設(shè)計任務(wù)目的1第2章 方案論證2第3章 原理圖及器件說明43.1 元件清單43.2 主要器件的引腳排列圖和功能表4第4章 設(shè)計過程84.1 秒脈沖發(fā)生器84.2 控制器84.3倒計時及數(shù)字顯示模塊104.3.1 原理104.3.2 原器件的選擇及參數(shù)104.4 譯碼器114.6 綜合邏輯電路圖12第5章 仿真調(diào)試過程13第6章 設(shè)計體會及收獲14第1章 選題背景1.1摘要交通燈系統(tǒng)是一個非常重要的環(huán)節(jié)，一個科學(xué)的交通燈管理系統(tǒng)，既能盡可能的保證交通的順暢，充分利用交通基礎(chǔ)設(shè)施，使人們出行便利，又能保證人們的出行安全。隨著交通工具的增多，

2、人們的出行量加大，傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)顯然已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)的需要，我國正處于高速發(fā)展的大變格時代，伴隨著城市的日益膨脹，農(nóng)村前所未有的大發(fā)展，公路交通必將更加突飛猛進(jìn)，交通燈是公路的必需品，因此肯定的大量的市場，服務(wù)社會的發(fā)展。通過對數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，我做了這套交通燈產(chǎn)品，不能保證是最好的，也不是最先進(jìn)的，但符合社會的需要，也是對自已學(xué)習(xí)的一個檢驗(yàn)。 關(guān)鍵詞：交通燈 數(shù)字電子技術(shù)1.2設(shè)計任務(wù)目的（1）通常情況下，大道綠燈亮，小道紅燈亮。（2）若小道來車，大道經(jīng)6秒由綠燈變成黃燈，再經(jīng)過4秒，大道由黃燈變成紅燈，同時，小道由紅燈變?yōu)榫G燈。（3）小道變?yōu)榫G燈后，若大道來車不到3輛，則經(jīng)過期作廢2

3、5秒鐘后自動由紅燈變?yōu)辄S燈，再經(jīng)過4秒，同時，大道由紅燈變?yōu)榫G燈。（4）如果小道在綠燈亮?xí)r，小道綠燈亮的時間還沒有到25秒，只要大道檢測到已經(jīng)超過3輛在等候，那么小道應(yīng)立即變?yōu)辄S燈，再經(jīng)過4秒變?yōu)榧t燈，同時，大道由紅燈變?yōu)榫G燈。第2章 方案論證交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、倒計時數(shù)字顯示、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，同時控制著正常工作時黃燈與特殊情況下數(shù)碼管數(shù)字的閃爍，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制譯碼器的工作。 TR: 表示甲車道或乙車道紅燈亮的時

4、間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TR=1，否則，TR=0。 TY：表示倒計時到4秒。定時時間到TY=1，否則，TY=0。圖2-1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖紅紅黃黃綠綠紅紅 圖2-2 交通燈運(yùn)行狀態(tài)圖 兩方向車道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有4種，如圖2所示一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下： （1）甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔25s，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使控制器控制譯碼器轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。  （2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通

5、行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔4s時，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使控制器控制譯碼器轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。  （3）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行，綠燈亮足規(guī)定的時間間隔25s時，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使控制器控制譯碼器轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。  （4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔4s時，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，使控制器控制譯碼器轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)，即系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。 交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)

6、換是由控制器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示。表2-1控制器的工作狀態(tài)及功能表控制器狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲綠，乙紅甲黃，乙紅甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道通行，乙車道禁止通行甲車道緩行，乙車道禁止通行甲車道禁止通行，乙車道通行甲車禁止道通行，乙車道緩行控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一，并作如下規(guī)定：     HG=1：甲車道綠燈亮； 

7、0;  FG=1：乙車道綠燈亮；    HY=1：甲車道黃燈亮；    FY=1：乙車道黃燈亮；    HR=1：甲車道紅燈亮；   FR=1：乙車道紅燈亮； （H代表甲車道，F(xiàn)代表乙車道，G為綠燈，Y為黃燈，R為紅燈）第3章 原理圖及器件說明3.1 元件清單(1)集成元件74LS138一片、N555一片、74LS190兩片、74LS47兩片、D觸發(fā)器兩個、74LS11兩片、74LS21一片、74LS04兩片、74LS08兩片、74LS

8、27一片(2)共陽極七段數(shù)碼管兩個，紅色LED兩個，黃色LED兩個，綠色LED兩個(3)電阻470 20只、47K 三只、10K一只(4)電容 10F兩只、22F一只開關(guān) 單刀單擲開關(guān)一只 單刀雙擲開關(guān)一只3.2 主要器件的引腳排列圖和功能表 圖3-1 74LS138的引腳圖表3-1 74LS138的功能表輸入輸出使能選擇G1G2*CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7*1*111111110*11111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110

9、11111111111圖3-2 N555引腳圖圖3-3 74LS190引腳圖 圖3-4 74LS190的邏輯功能示意圖表3-2 74LS190功能表：輸入輸出CBAQDQCQBQA0*d3d2d1d0d3d2d1d0100*加計數(shù)101*減計數(shù)11*保持圖3-5 74LS74引腳圖表3-3 74LS74功能表輸入輸出PRCLRCLKDQQ*01*1010*0100*1*1*1111011001110*Q0Q0*圖3-6 74LS47引腳圖表3-4 74LS47功能表十進(jìn)數(shù)輸入BI/RBO輸出或功能LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H0

10、1100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000

11、000LTLxx x x xH1111111第4章 設(shè)計過程4.1 秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)是以秒作為單位，所以用秒脈沖發(fā)生器，且其對信號的精度要求不高，這里選用555定時器來構(gòu)成。555定時器組成的秒脈沖CP1的周期為：T0.7（R1+2*R2）*C，若T1s，令C10µF，R147k，R2=47 k。根據(jù)計算結(jié)果，脈沖發(fā)生器設(shè)計如圖2所示，它向計數(shù)電路提供的秒計時CP脈沖，周期可通過下式 T1=(R1+R2)CLn2 （式 1） T2=R2Cln2 （式 2） T=T1+T2 （式 3）設(shè)定電路原理圖。原理圖，波形圖如下圖所示：圖4-1

12、 脈沖發(fā)生器原理圖4.2 控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如下表所示。選用兩個D觸發(fā)器FF1、FFO做為時序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TR和TY，上電復(fù)位后控制器處于Q1n+1Q0n+1 00狀態(tài)時，如果TY 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TY=1，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1 01狀態(tài)。這兩種情況與條件TR無關(guān)，所以用無關(guān)項”X”表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST。表4-1 控制信號燈工作狀態(tài)表輸入輸出現(xiàn)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件 次態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號Q1nQ0nTYTRQ1n+1Q0n+1ST0 00無0000

13、01無01101無001001無111111無無11011無無10110無010010無1001圖4-2 控制器電路圖其中TR,TY是由兩個74LS190的輸出端經(jīng)過邏輯組合形成的兩個輸出端，如下圖所示：圖4-3 74LS190的輸出示意圖4.3倒計時及數(shù)字顯示模塊 原理通過單時鐘同步十進(jìn)制減數(shù)器74LS190(2片)來實(shí)現(xiàn)25s的。通過74LS47（2片）譯碼器連接數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)。 原器件的選擇及參數(shù)計數(shù)器選用集成電路74LS190進(jìn)行設(shè)計較簡便。74LS190是十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74LS190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出

14、數(shù)據(jù)間接實(shí)現(xiàn)清零功能。譯碼器采用74LS47（2片）、倒計時顯示采用共陽極七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值?，F(xiàn)選用兩個74LS190芯片級聯(lián)成一個從99倒計到00的計數(shù)器，即其中作為個位數(shù)的74LS190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器（頻率為1），再把個位數(shù)74LS190芯片輸出端的QD與十位數(shù)的74LS190芯片的CLK連起來。當(dāng)個位數(shù)減到0時，再減1就會變成9， 0（0000）到9（1001）之間QD由0變?yōu)?,十位數(shù)的74LS190芯片實(shí)現(xiàn)減一。圖4-4 數(shù)字顯示接法圖引腳的輸入信號由十位數(shù)74190芯片的QA和QB引腳與十位數(shù)74190芯片的QA、QB、QC和QD用六

15、輸入或門連起來。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)25，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計數(shù)器開始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)25，之后又倒計時，如此循環(huán)下去。具體接法如下圖4.4 譯碼器系統(tǒng)的輸出是在Q1Q0驅(qū)動下的6個信號燈，各狀態(tài)與信號燈的關(guān)系由表5給出，電路圖見下圖。因此，得到燈光信號與控制器狀態(tài)變量的關(guān)系為： （式7） （式8） （式9）圖4-5 譯碼器原理圖狀態(tài)CBAHGHYHRFGFYFRS0000011110S1001101110S2010110011S3011110101S4100110110S5101110110S6110110110S711111011

16、0表4-2 74LS138D功能表正常工作時單刀雙擲開關(guān)擲向低電平，系統(tǒng)工作在S0S3狀態(tài)，特殊情況下單刀雙擲開關(guān)擲向高電平，系統(tǒng)工作在S4S7狀態(tài)在實(shí)現(xiàn)特殊情況與正常工作狀態(tài)切換時，利用一個單刀雙擲開關(guān)，其公共端與秒脈沖信號用與非門連接到七段數(shù)碼管的陽極，來控制特殊情況下七段數(shù)碼管上數(shù)字的閃爍。同時，再把單刀雙擲開關(guān)的公共端接非門，再與秒脈沖信號用與門連接到倒計時模塊的脈沖信號輸入端，實(shí)現(xiàn)保持功能。實(shí)際電路圖如下： 圖4-6 特殊功能電路圖4.6 綜合邏輯電路圖圖4-6 綜合邏輯電路圖第5章 仿真調(diào)試過程在軟件調(diào)試過程中，我們遇到以下幾個問題：（1）在倒計時模塊置數(shù)方面，無法利用借位端進(jìn)行置

17、數(shù)，最后改用六輸入或門與輸出端連接進(jìn)行置數(shù)。（2）在顯示譯碼器選擇方面，剛開始選用的是7449（共陰極顯示譯碼器），連接正確但無法正常顯示，最終采用74LS47共陽極顯示譯碼器，解決此問題。（3）在實(shí)現(xiàn)特殊情況與正常工作狀態(tài)切換時，開始采用多個開關(guān)控制，經(jīng)過進(jìn)一步的仿真與探索，最終利用低電平對脈沖信號的屏蔽，實(shí)現(xiàn)一個開關(guān)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換。第6章 設(shè)計體會及收獲課程設(shè)計是在數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行展開設(shè)計與學(xué)習(xí)的。通過這次課程設(shè)計，我對數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這門課程有了更深一步地理解。趁著做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因?yàn)闆]有動手實(shí)踐過吧！認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。故一個小小的課程設(shè)計，對我們的作用是如此之大。掌握了由555定時器構(gòu)成所需頻率脈沖發(fā)生器的方法，熟悉了由真值表列表達(dá)式、設(shè)計實(shí)現(xiàn)電路的過程，并掌握了計數(shù)器實(shí)現(xiàn)特定要求進(jìn)制的減計數(shù)及其