根据数字电子技术的交通灯设计

.-目录1选题背景..................................................................21．1指导思想.........................................................21．2方案论证...........................................................21．3基本设计任务.......................................................31.4发挥设计任务........................................................41．5电路特点............................................................42电路设计..................................................................42.2工作原理............................................................43各部分电路的仿真..........................................................94电路设计实物的焊接与调试..................................................94.1调试时使用的仪器与仪表...............................................94.2电路板上实物的焊接与调试.............................................94.3电路调试的过程。....................................................95小结.....................................................................106设计体会及改进意见.......................................................106.1体会...............................................................106.2本方案特点及存在问题...............................................116.3改进意见............................................................11参考文献...................................................................12附录Ⅰ附录Ⅱ.-正文1选题背景在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。1．1指导思想系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生三种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。1．2方案论证在本次任务中我设计了两个方案，方案框图分别为下图1—1和1—2图1—1设计方案一原理框图.-图1—1为方案一的总体设计框图。系统主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码器、信号灯显示器组成。其中控制器是核心部分，由它控制定时器和译码器的工作，秒脉冲信号发生器产生定时器和控制器所需的标准时钟信号，译码器输出两路信号灯的控制信号。图1—2为方案二的总体设计框图。系统主要秒脉冲信号发生器、计数部分、控制器、译码显示部分、模式选择开关以及主支干信号显示组成。其核心也是控制器，但它通过直接控制高位计数器的置数使计数器的置不同的数值；同时结合模式选择开关实现模式一与模式二的选择。经过仿真和认真论证，虽然上述两个方案都达到完成设计中提出的目标方案二因为使用的元器件少，而且原理简单易懂成为本次设计任务的实际使用方案。1．3基本设计任务设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则停止行驶（给行驶中的车辆有时间停在禁行线以外）。具体要求如下：（１）用红、绿、黄发光二极管作信号指示灯。（2）让主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。可用逻辑开关作支干道检测车辆是否到来的的信号。（3）主支干道交替允许通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（4）在每次由绿灯亮转换到红灯亮的过程中，要亮5秒钟的黄灯作为过渡。（5）设置45秒、25秒计时、5秒计时显示电路。控制器模式选择开关主支干道信号显示秒脉冲信号发生器计数部分译码显示部分图1—2设计方案二原理框图.-参考元器件：74HC160/161，74HC74，74HC00，74HC153，74HC138，74HC04，CD4060等。1.4发挥设计任务(1)上电置数功能1．5电路特点模式一：利用两片器74LS190N的借位信号经过门电路的处理后控制各自的置数端，并且接至一片74ls160N的时钟段产生循环控制信号。循环控制信号控制一片74LS153N对高位74LS190N计数器置4、0、2、0四个数字。与此同时通过另一片74ls153和必要的门电路控制灯显。模式二：用两个单刀双掷开关分别对各个集成块的控制位进行控制，从而完成模式二的功能。2电路设计总体方框图见表1—2.2.2工作原理2.2.1秒脉冲信号发生器的选择与工作原理方案一：本实验采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。因为该电路的输出脉冲的周期T≈0.7(R1+2R2)·C,若T=1s，令C=10μf，R1=39KΩ,那么R2≈51KΩ。取一固定电阻47KΩ与一个5KΩ的电位器想串联代替电阻R2。在调试电路时，调节电位器RP,使输出脉冲周期为1s。如图3.1所示图3.1秒脉冲信号发生器.-方案二：用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器,如图3.2。先用石英晶体振荡器和若干电阻电容组成频率为32768Hz的信号发生器，再用十四位二进制计数器CD406014进行14分频使其成为2Hz的信号，最后用D触发器进行2分频，使其成为频率为1Hz的秒脉冲信号。方案选择：本设计中由于用秒脉冲信号作为计数器的计时脉冲，其精度会影响计数器的精度，进而影响控制系统的精度，因此要求秒脉冲信号具有比较高的精度，为提高精度可先做一个频率比较高的矩形波振荡器，然后将其输出信号分频，就可以得到频率较低而精度比较高的脉冲信号发生器。用石英晶体构成秒脉冲信号发生器不需要外加输入信号，而且其脉冲频率很稳定，起振快、时基精度高，它的工作频率仅决定于石英晶体的振荡频率，而与电路中的R、C的数值无关。综上考虑，在实际应用中秒脉冲信号发生器的设计选用石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器。但由于本次设计是基于multisim10.1软件的，而multisim10.1上不支持石英晶体振荡器，所以在仿真过程中可以使用555定时器构成的秒脉冲触发器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用RC多谐振荡器构成的电路来提供秒脉冲。2.2.2控制器部分的设计控制器是本次任务设计的核心。本次设计根据任务要求可以将输出归为四种状态。即S0主绿、S1黄、S2主红、S3黄S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、11、10，由此得到控制器的图3.2石英晶体振荡器和分频器构成秒脉冲信号发生器.-状态，如表2—1所示状态主干道支干道时间（s）S0绿灯亮，允许通行红灯亮，禁止通行45S1黄灯亮，停车红灯亮，禁止通行5S2红灯亮，禁止通行绿灯亮，允许通行25S3红灯亮，禁止通行黄灯亮，，停车5图2—1控制器表2—1.状态转换表U174LS190NA15B1C10D9~U/D5QA3QB2QC6QD7~CTEN4~LOAD11~RCO13MAX/MIN12CLK14U374LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U474LS153N2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G1512U8B74LS04NU9A74LS00NU10A74LS08N36U12A74LS386NU8C74LS04NU8D74LS04N11109X62.5VVCC.-每当片74ls190同时借位时，借位信号通过门电路给74ls160一个脉冲，使74ls160加1。就能实现00，01，10，11的循环并连接到74ls153的控制端，从而控制74ls153进行正确的选择；借位信号在控制给74ls160脉冲的同时反接回两片计数器的置数端。从而实现与74ls153的信号同步。2.2.3主支干道信号显部分的设计借位信号在控制计数器的同时也通过74ls138和另两片74ls153对发光二极管进行控制。具体方式如下：74ls160的输出接入74ls138输入端的低两位，最高位接地（即将74ls138改为两位译码器）输出对应输出见表2—2：表2—2灯控部分状态转换表由此可得主干道信号显示部分的硬件设计。2.2.4模式控制部分的设计因为对控制器的信号值占用了74ls153上两个数据选择器各一个输入端，我们可以利用其它的输入端，通过控制74ls153的选择端来控制它的选择。于是。我们人为的将开关的；两个输入端分别接地和VCC。在需要切换模式时按动开关，改变状态74LS160输出74ls138输入74ls138输出S0000000111S1010011011S2100101101S3110111110图2—2主支干道显示部分模拟图U574LS153N2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G15U674LS153N2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G15U774LS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5U11A74LS32NU11B74LS32NJ2Key=AJ1Key=B0U8F74LS04NU10C74LS08N43431VCC5VVCC5V39U8A74LS04NU15B74LS04N16193318VCC5VVCC017211532VCC.-数据选择器选择端的电平，从而改变模式。仿真图如图2—3图2—3模式控制部分仿真图U574LS153N2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G15U674LS153N2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G15U11A74LS32