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数字电子技术课程设计实验报告题目:交通信号灯控制电路设计专业: 班级: 学号:姓名: 指导老师:时间:一、设计任务及要求为了确保十字路口的车辆顺利通过,往往采用自动控制的交通灯信号灯来进行指挥。(1)其中红灯(R)亮表示该条道路禁止通行;(2)黄灯(Y)亮表示停车,绿灯(G)亮表示允许通行;(3)黄灯亮时要求每秒钟闪亮一次;(4)东西、南北方向除了有红(R)、黄(Y)、绿(G)灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用倒计时的方法);二、课程设计实验预习要求(1)复习数字系统设计基础。(2)复习多路数据选择器、二进制同步计数器的工作原理。(3)根据交通灯控制系统框图,画出完整电路图。三、设计原理与电路1.分析系统逻辑功能,画出系统框图控制系统原理图交通灯原理控制如上图所示,它主要由秒脉冲发生器、定时器、译码器、控制器等部分组成。秒脉冲发生器是本实验中控制器和定时器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯控制信号,经驱动电路驱动后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它接受来自定时器的信息后控制译码器工作。2.单元电路的设计1)控制器控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作。(1)交通灯的四种工作状态的转变是由控制器进行控制转换的,它们的工作方式满足如右图顺序工作流程,设东西向的红、黄、绿灯分别为EW(R)、EW(Y)、EW(G),南北向的红、黄、绿灯分别为NS(R)、NS(Y)、NS(G)。状态1:东西方向车道的绿灯亮,车道通行;南北方向车道的红灯亮,车道禁止通行。状态2:东西方向车道的黄灯亮,车道缓行;南北方向车道的红灯亮,车道禁止通行;状态3:东西方向车道的红灯亮,车道禁止通行;南北方向车道的绿灯亮,车道通行;状态4:东西方向车道的红灯亮,车道禁止通行;南北方向车道的黄灯亮,车道缓行;四个状态用时所占比例分别为5:1:5:1,所以,计数器每次工作的循环周期为12,所以可以选择12进制计数器。计数器可以用单触发器组成,也可以用中规模74LS164八位移位寄存器组成钮环形12进制计数器,钮环形计数器的工作状态如下表所示:根据状态表,列出东西方向和南北方向绿、黄、红的逻辑表达式:东西方向 绿: 黄: 红: 南北方向 绿: 黄: 红: 由于黄灯要求闪耀几次,所以用时标1秒和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。交通灯时序工作流程图(2)显示控制部分显示控制部分是一个定时控制电路。当绿灯亮时,使减法计数器开始工作(用对方的红灯信号控制),每来一个秒脉冲,使计数器减1,直到计数器为“0”而停止。译码显示可用74LS248 BCD码七段译码器,显示器用LED显示器,计数器采用可预置加、减法计数器,如74LS168,74LS193等。倒计时计数器十字路口要有数字显示,作为时间提示,以便人们更直观的把握时间。两个方向的工作时序:东西向亮红灯时间应等于南北向亮黄灯和绿灯时间之和,南北向亮红灯应等于东西向亮黄灯和绿灯时间之和。假设每个单位时间为5s,则南北、东西向绿、黄、红灯亮时间分别为25,5,30s,一次循环为60s。其中,红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和,黄灯是间歇闪耀。具体为:当某方向绿灯亮时,置显示器为某值,然后以每秒减1计数方式工作,直到减到数为“0”。十字路口绿、红、绿灯交换,一次工作循环结束,再进入下一步某方向的工作循环。在倒计时过程中,计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。计数器选用集成电路74LS168进行设计。74LS168是十进制4位同步可逆计数器。74LS168引脚图以及功能图现选用两个74LS168芯片级联成一个从可任意设定时间0099倒计时的计数器,将计数器的P、T接地,将东西方向的两个计数器LD通过与非门连接起来,十位的CP端与个位的UD端相连,将十位的A,C,D接地,B端接“1”,个位的A,B,D接地,C端接“1”,输出端依次与74LS248相连。南北方向的计数器,接线与东西方向的相同,其中作为个位数的74LS168芯片的CLK接秒脉冲发生器(频率为1),当个位数减到0时,再减1就会变成9,0(0000)和9(1001)之间的QA、QD同时由0变为1,把QA、QD与起来接在十位数的CLK端,此时会给十位数74LS168芯片一个脉冲数字减1,相当于借位。决定倒计时是置数,还是计数。工作开始时,LD为0,计数器预置数,置完数后,LD变为1,计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时,LD又变为0,计数器又预置数,之后又倒计时,如此循环下去。显示控制与译码器向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0:T0表示倒计时减到数“00”(也即绿灯的预置时间,因为到00时,计数器重新置数),T0=1,此时T0给译码器一个脉冲,使信号灯发生转换,一个方向的绿灯亮,另一个方向的红灯亮。接法为:把两个74LS168计数器的8个输出端用一个集成的八输入一输出或门连起来。T5表示倒计时减到数“05”时。T5=1,此时T5给译码器一个脉冲,使信号灯发生转换,绿灯的变为黄灯,红灯的不变。接法为:当减到数为“05”(0000 0101)时,把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来,再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与非门连接起来。译码器的主要任务是将控制器的输出74LS248是BCD码到七段码的显示译码器,它可以直接驱动共阴极数码管。74LS248的外引线排列图和状态表(3)夜间黄灯闪烁控制在夜间将开关S1接地,此时,东西、南北方向的红灯和绿灯输入的是低电平,所以红灯和绿灯不亮,黄灯输入的是频率为“1”的脉冲,黄灯以频率为“1”闪烁。2)汽车模拟控制电路当某一方向绿灯亮时,这一方向的发光二极管接通,并一个一个向前移动,表示汽车在行驶;当遇到黄灯亮时,移位放光二极管就停止,而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动;红灯亮时,则另一方向转为绿灯亮,那么,这一方向的LED发光二极管就开始移位(表示这一方向的车辆行驶)。它由74LS164组成钮环形计数器,由秒脉冲电路经分频后(4分频)输入给74LS164,这样,74LS164为每4秒向前移一位(计数一次)74LS164外引线及排列图74LS164真值表74LS164时序图汽车模拟控制电路图五、实验仪器及设备(1)数字电子技术试验系统箱(2)直流稳压电源(3)交通信号灯(4)集成电路:74LS168,74LS248,及门电路等(5)电阻(6)开关六、实验结果分析用移位寄存器组成汽车模拟控制系统,当某一方向绿灯亮时,则绿灯亮“G”信号,使该电路方向的移位通路打开,而当黄、红灯亮时,则该方向的移位停止,为南北方向的汽车模拟控制电路。当东西方向绿灯亮,而南北方向红灯亮时,南北方向的74LS168以减法计数器方式工作,从数字“30”开始向下减,当减到“5”时,绿灯灭而黄灯亮(闪耀)直至到“0”,然后红灯亮。计数器又从“30”开始以减法计数,一直到“0”,然后绿灯亮,进入下一个循环。由于公路在不同时间段内,行车量不同,可以修改行车时间,以改变交通状况。七、参考资料1、电子线路技术实验与课程设计2、数字电子技术简明教程3、数字电子技术实验教程八、总结体会开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为自己对这门课的一般设计都不怎么会。对很多芯片的功能都不是很清楚。通过这次的课程设计加强了我动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多时间,但学到了很多东西。做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在基本上已经解决了。在课程设计的过程中,对于同一个问题,我想过很多个方案。像计数器的的接法,我都想了很多不同的接法,运用不同的芯片进行比较,最后还是采取了上面的方法进行连接。在连线的过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,有时会感到力不从心的。从开始做课程设计那天起脑子中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么把电路弄得更加简单,怎么是别人更容易看懂。但似乎时间过的很快,用了好几天才把它完全做好。完成后心里有种说不出的高兴。这次课程设计之后,我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话你会花更多的时间才会做好。课程设计有利于提高我们的动手能力,把我们所学的东西运用到实际生活中去。同时也丰富了我们的业余生活。提高了我们对知识的理解。第 12 页 共 12 页
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