r十字路口交通灯控制电路的设计资料

目录1．设计的任务与要求……………………………………………12.方案论证与选择………………………………………………23.单元电路的设计和元器件的选择……………………………63.1五秒倒计时减数电路的设计……………………………63.2二十秒倒计时减数电路的设计…………………………93.3三十秒倒计时减数电路的设计…………………………103.4状态译码电路的设计……………………………………113.5交通灯状态显示电路的设计……………………………133.6交通灯定时电路的设计…………………………………153.7交通灯故障检测电路的设计……………………………213.8状态控制器电路的设计…………………………………233.9人行道的指示灯电路的设计……………………………243.10紧急情况时，手动开关控制电路的设计………………263.11干道通行时间调整电路的设计…………………………273.12手动清零及数字闪烁电路的设计……………………283.13主要元器件的选择………………………………………304.系统电路总图………………………………………………305.经验体会……………………………………………………306.参考文献……………………………………………………32附录A：系统电路仿真图……………………………………33附录B：元器件清单…………………………………………35十字路口交通灯控制电路的设计1.设计任务与要求1.1设计目的随着生活水平的提高，家庭汽车拥有量越来越多，城市交通堵塞问题越来越严重，解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，是交通管理部门管理交通的重要工具。十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力，减少交通事故；为人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值。本文运用数字电路理论知识自行设计一个较为完整的小型数字系统。通过系统设计、Multisim软件仿真、电路安排与调试，在此次设计中学会初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，以及提高实际应用水平。1.2设计内容1.设计一个十字路口的交通灯控制电路，十字路口分为主干道、次干道，两干道交替运行，红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。主干道放行时间为30秒，次干道为20秒。2.每次绿灯变红灯，黄灯先亮5秒（另外一条道上依然是红灯）。3.干道上有数字显示的时间提示，方便人们把握时间，具体要求主、次道上通行时间和黄灯亮都是秒减计数。4.黄灯亮时，红灯闪烁。6．同时设置人行横道红、绿、黄灯提示，并且绿灯闪烁。7.考虑到特殊车辆情况，可设置一个紧急转换开头。它可使紧急红灯闪烁，蜂鸣器提示。8.可适当设置干道通行时间，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。9.时间显示，手动清零，以及用七段数码显示管的显示管数字闪烁。10.设计故障检查电路。1.3设计要求1.用Multisim仿真软件仿真电路，并进行调试；2.写出设计的全过程，附上有关电路图和资料，最后有心得体会。3.附带元器件及参数；2.方案论证与选择2.1十字路口交通灯的系统设计十字路口交通灯的系统图如图1，秒脉冲发生器产生整个定时系统的基脉冲，由减法计数器对显示时间减数达到控制每种工作状态的持续时间，当减法计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，与此同时，状态译码器根据系统的下一个工作状态决定下一个减计数的初始值。减法计数器的状态有BCD译码器、显示管显示。在黄灯亮期间，状态译码器将秒脉冲引入红灯控制电路，让红灯闪烁。图1十字路口交通灯的系统图2.2十字路口交通灯的状态控制器设计十字路口交通灯信号流程图见图2,可将其分为四种状态。0A表示主干道绿灯亮，次干道红灯亮。1A表示主干道黄灯亮，次干道红闪烁。2A表示主干道红灯亮，次干道绿灯亮。3A表示主干道红灯闪烁，次干道黄灯亮。状态编码及状态转换图如下：秒脉冲发生器减法计数器状态译码器置数控制状态控制器显示时间主干道信号灯次干道信号灯红灯闪烁控制A1=01A2=10A3=11A0=00人行道信号灯图2交通灯信号流程图主干道绿灯亮次干道红灯亮30进制减法器减一主干道黄灯亮次干道红闪烁5进制减法器减一主干道红灯亮次干道绿灯亮20进制减法器减一主干道红灯闪烁次干道黄灯亮5进制减法器减一三十秒未到五秒未到二十秒未到五秒未到2.3DCD_HEX与七段数码显示管Multisim中，两者之间都可显示，它们各有优势，显然七段数码显示显示管可在电路中实现更多的功能，比如实现数字闪烁。具体见所以我选取了DCD_HEX来进行定时电路的显示，使用方法见图3，使用方法如下：图3七段数码管显示图2.4秒脉冲发生器通常，秒脉冲发生器选择如图4，它们都能产生方波。其中555定时器很精确，但在此次方正过程中，我采用右边的脉冲发生器作为秒脉冲发生器。图4秒脉冲发生器3.单元电路的设计和元器件的选择3.1五倒计时减数电路的设计由74LS192D、DCD_HEX、74LS32D、方波发生器等组成。其中DCD_HEX是十六进制的显示管，74LS32D是或门，74LS192D的功能如下所述。具体电路见图5。减数器的实现：根据74LS192D的特点，脉冲从DOWN端接入。置入0101后实现减数功能，当减到数码管显示为零，通过或门实现置数端为低电平，将0101置入。图5五秒倒计时电路图仿真图74LS192D的引脚图见图6，真值表见图7。图674LS192D的引脚图图774LS192D的真值表功能叙述：74LS192D管脚图中，QA、QB、QC、QD为计数输出端；DOWN为减脉冲输入端，UP为加脉冲输入端；CLR为清零端，当该管脚为高电平时，输出端清零，为0000；A、B、C、D用于为计数器预置初始计数值；LOAD端为置数端，低电平有效，输出端分别为输入端A、B、C、D的电平。BO用于输出一个宽度等于减计数输入的脉冲，用于级联下级减计数，CO用于输出一个宽度等于加计数输入的脉冲，用于级联下级加计数。3.2二十秒倒计时电路的设计由74LS192D、DCD_HEX、方波发生器、74LS00D组成。Multisim仿真电路图见图8。实现原理：由于是两位数，需要两个DCD_HEX来显示倒计时时间，74LS192D也需要两个。如图所示，低位芯片借位端BO连接高位的减脉冲输入端DOWN，这样可以实现借位。当高位为0时，低位再次借位是，在那一瞬间高位出现9，而马上由与非门置为2或3。加脉冲端UP端接高电平，清零端CLR接低电平。图8二十秒倒计时电路仿真图3.3三十进制减数电路设计由74LS192D、DCD_HEX、方波发生器、74LS00D组成。其实现原理同3.2。它们只不过置数端有所差异。3.2高位芯片置入0010，而在这高位芯片置入0011。Multisim仿真电路图见图9。图9三十秒倒计时电路仿真图3.4状态译码电路的设计主、次干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。真值表如下：状态控制输出主干道信号灯次干道信号灯2Q1Q()R红()Y黄()G绿()r红()y黄()g绿00001100010101001010000111100010表1状态译码电路设计原理由真值表得逻辑表达式如下：主干道红黄绿灯：2RQ2RQ；21YQQ21YQQ；21GQQ21GQQ；次干道红黄绿灯：2rQ2rQ；21yQQ21yQQ；21gQQ21gQQ；3.5交通灯状态显示电路的设计主要元件有：红、黄、绿指示灯、三态门电路74LS125N、电阻构成。在设计中，我采用了彩色指示灯（或发光二极管）模拟交通灯，状态译码器电路见下图。由3.3的信号灯真值表可知，当黄灯亮时，红灯闪烁，无论如何，黄灯亮时，1Q一定是为高电平，即1Q为低电平，这样就可利用1Q信号去控制三态输出高有效四总线缓冲门（74LS125N）引脚图见下，当1Q为高电平时，将脉冲信号连接到驱动红灯的与非门一端，这样就可使红灯闪烁（黄灯亮时），如果三态门电路被封锁，那么红灯不再受1Q黄灯信号影响。74LS125N引脚图见图10：图1074LS125N引脚图当0G时，YA。1G，高阻态，封锁。根据3.3的信号灯逻辑表达式和上述原理，通过Multisim仿真得图11：图11交通灯状态显示电路仿真图注意：指示灯为高电平时，才会被点亮。1Q和2Q的状态通过状态控制器来控制。通过G控制绿灯主干道绿灯亮、次干道红灯亮时数码管的计数显示，g控制绿灯主干道红灯亮、次干道绿灯亮时数码管的计数显示，1Q控制黄灯亮、红灯闪烁时数码管计数显示。3.6交通灯定时电路的设计根据设计内容，交通灯控制系统要求带有不同定时的定时器，来完成30秒、20秒、5秒的定时任务，定时器可由两片74LS192D构成两位十进制可预置减法计数器；时间状态由两只DCD_HEX管显示。十字路口设计时，应用四只显示管显示，具体见总图如何摆设。可预置减法计数器的时间通过三片八同相三态总线收发器74LS245DW来完成，其引脚图见图12。三片74LS245DW的输入数据分别为30（81AA，0011000）、20（81AA，00100000）、5（81AA，00000101）三个不同的数字，任一输入数据到减法计数器的置入由状态控制器的输出信号控制不同74LS245DW的选通信号来实现。当状态处于12101AQQ和32111AQQ时，黄灯亮，红灯闪烁。由设计内容可知持续时间为5秒，则由控制信号1Q去控制74LS245DW的选通信号，由于74LS245DW的选通信号要求低电平有效，因此g接一反相器成为1Q来接相应74LS245DW。同理，当状态处于02100AQQ，由设计内容可知持续时间30秒时，此时74LS245DW的选通信号应接主干道绿灯信号G。当状态处于22110AQQ，由设计内容可知持续时间20秒时，74LS245DW的选通信号应接次干道绿灯信号g。注意：置数端十位为零时，各位也为零时，将会产生一个借位脉冲，此时十位会在瞬时为九，但由于是异步置数，很快的九会被所置数覆盖。图1274LS245DW引脚图功能叙述：74LS245DW是人们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245DW有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当片选端G低电平有效时，DIR=“0”，信号由B向A传输；（接收）。当DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当G为高电平时，A、B均为高阻态。在我的这个设计中，74LS245在置数中起到了重要作用。三个74LS245DW的驱动方法见图13。图1374LS245DW的驱动图根据上述原理，通过Multisim仿真可得图14。图14交通灯定时电路仿真图当我绘好交通灯定时电路后，需要对每个状态进行测试。具体如下。3.6.10A：主干道绿灯亮，次干道红灯亮，持续时间30秒，即10,1,1GgQ。测试图见图（15）：图150A状态仿真测试图3.6.21A：主干道黄灯亮，次干道红灯闪烁，持续时间5秒，3A：主干道红灯闪烁，次干道黄灯亮。即：10,1,1QgG。测试图见图16。图161A、3A状态仿真测试图3.6.32A：主干道红灯亮，次干道绿灯亮，持续时间20秒，即10,1,1gGQ。测试图见图17。图170A状态仿真测试图3.7交通灯故障检测电路的设计的设计正常时：红（R）、绿（G）、绿与黄（Y）同时亮。若设各灯亮为1，灭为0，出现故障时输出L为1，否则为0。列真值表如下：RYGL00010010010101101000101111011111表2交通灯故障检测电路设计原理根据真值表，写出逻辑表达式为：LRYGRYGRYGRYGRYG卡诺图，化简得：LRGRYRGRGRYRGRYGRG仿真时，灯亮表示信号灯存在故障，需要检查电路。见图（18）。图18交通灯故障检测仿真电路图3.8状态控制器电路的设计该控