交通信号灯控制电路的设计与仿真

交通信号灯控制电路的设计与仿真 数字电子技术课程设计数字电子技术课程设计设计内容设计内容：1.1.信号灯白天工作要求信号灯白天工作要求 某方向绿灯点亮某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮秒，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。秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。如果以如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为指示灯点亮的时间比例为5：1：6。从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯灯亮时，东西方向红灯亮；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，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。信号灯采用东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。红、绿、黄发光二极管模拟。2.2.夜间工作方式夜间工作方式 南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。信号指示灯白天点亮流程图南北方向红灯亮，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北北南南西西东东设计要求：设计要求：（1）要求根据设计要求实现交通灯的现实功能；（2）用Multisim进行仿真（3）设计说明书；1秒脉冲产生电路秒脉冲产生电路:由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器电路，也可以是用定时器555和电阻、电容组和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，选择用期方便，选择用555定时器组成多谐振荡器。定时器组成多谐振荡器。十二进制计数器十二进制计数器:计数器可以用触发计数器可以用触发器组成，也可以用中规模集成计数器器组成，也可以用中规模集成计数器组成，以及用移位寄存器组成环形或组成，以及用移位寄存器组成环形或扭环形计数器。建议用中规模移位寄扭环形计数器。建议用中规模移位寄存器组成扭环形存器组成扭环形12进制计数器。进制计数器。分频器分频器:上述十二进制计数器的时间单位为4秒，即它的CP脉冲为4秒。为了使整体电路工作步调一致，4秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个4分频器电路。秒脉冲经4分频后得到4秒脉冲，将其作为十二进制计数器的CP脉冲。采用两个D触发器组成4分频器电路。控制电路的特点：控制电路的特点：从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；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。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。东西信号灯西信号灯南北信号灯南北信号灯组合合逻辑电路路十二十二进制制计数器数器四分四分频器器秒脉冲秒脉冲产生生电路路系系统电源源工作方式控制开关工作方式控制开关其整体电路框图如下图所示：信号灯采用三极管9031驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力，电源电压采用直流5V，通过变压器将市电降压到交流9V，在通过整流桥整流滤波和稳压块7805得到直流5V电压。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满足整体电路的需要。作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的5V直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计输出为5V的直流稳压电源。直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。直流稳压电源原理图 由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器路，也可以是用定时器555和电阻、电容组成的和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，采用便，采用555定时器组成多谐振荡器。定时器组成多谐振荡器。555多谐振荡器原理图 由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制（绿、黄、红时间比例为5：1：6），因此需要设计十二进制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。因此，用移位寄存器组成十二进制计数器，拟选用8位串入并出移位寄存器移位寄存器74LS164。十二进制计数电路的设计十二进制计数电路的设计 74LS164引脚图 74LS164功能表器原理图应用电路：用74LS164组成的12进制扭环型计数器电路，其电路图如下图所示。011上述十二进制计数器的时间单位为4秒，即它的CP脉冲为4秒。为了使整体电路工作步调一致，4秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个4分频器电路。秒脉冲经4分频后得到4秒脉冲，将其作为十二进制计数器的CP脉冲。本次课程设计使用两个D触发器组成4分频器电路。分频器电路的设计分频器电路的设计 四分频的电路原理图 逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交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通信号灯按要求方式点亮(一般经驱动电路去控制一般经驱动电路去控制信号灯信号灯)。根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻。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。夜晚工作逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。夜晚工作方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过与门实现。组合逻辑电路的真值表如图所示：与门实现。组合逻辑电路的真值表如图所示：逻辑控制原理图010011111110逻辑控制原理图11000111数字钟电路组成框图数字钟电路组成框图星期星期显示显示星期星期驱动驱动小时小时显示显示小时小时驱动驱动分钟分钟驱动驱动分钟分钟显示显示 秒秒显示显示 秒秒驱动驱动进位进位清零清零进位进位清零清零进位进位清零清零二分频二分频秒脉冲秒脉冲14级分频级分频32768Hz振荡器振荡器f=2Hz,T=0.5Sf=1Hz,T=1S校表校表校表校表校表校表降压变压器降压变压器220V交流电交流电整流、滤波、稳压整流、滤波、稳压+5V