數電交通燈課程設計--交通燈控制電路

1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　課程設計名稱： </p><p>　　題 目： </p><p>　　學 生 姓 名：

2、 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指 導 教師：

3、 </p><p>　　日期：年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設計目的………………………………………………………4</p><p>　　2 設計思路………………………………………………………4</p><p>　　3 設計過程……………………………

4、…………………………4 </p><p>　　3.1方案論證……………………………………………………4</p><p>　　3.2電路設計……………………………………………………6</p><p>　　3.2.1秒脈沖發(fā)生器………………………………………………………6</p><p>　　3.2.2定時器………………………………………………7

5、</p><p>　　3.2.3控制器………………………………………………9</p><p>　　3.2.4譯碼電路……………………………………………10</p><p>　　3.2.5顯示部分……………………………………………11</p><p>　　3.2.6總原理圖……………………………………………12</p><p

6、>　　4系統調試與結果………………………………………………12</p><p>　　5主要元件………………………………………………………12</p><p>　　6 結論……………………………………………………………13</p><p>　　7設計心得體會…………………………………………………13</p><p>　　8 附錄……………

7、………………………………………………13</p><p>　　8.1總原理圖……………………………………………………13</p><p>　　8.2 PCB圖………………………………………………………14</p><p>　　9參考文獻…………………………………………………………14</p><p><b>　　交通燈控制電路<

8、;/b></p><p>　　摘要：交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設計主要由秒脈沖發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼顯示電路組成。秒脈沖發(fā)生器由555定時器產生脈沖，定時器由74LS163實現，控制器由74LS153和74LS74組成，譯碼電路采用74LS48和七段數碼管來顯示?？刂破魍ㄟ^ST信號對定時器進行控制，從而顯示紅黃綠燈的轉換。</

9、p><p>　　關鍵字：交通燈 控制器 秒脈沖發(fā)生器 定時器 譯碼器</p><p>　　Abstracts: Traffic lights are often used in the intersection, used to control the flow of vehicles, Improve the intersection capacity, reduce traffic

10、 accidents. The design of traffic lights mainly by the second pulse generator, a timer, a controller, decoding display circuit。A second pulse generator produced by the 555 timer pulse, the timer is realized by 74LS160, c

11、ontroller is composed of 74LS153 and 74LS74, decoding circuit uses the 74LS48 and seven digital tube display. A controller controls</p><p>　　Keywords: traffic light c ontroller second pulse generator ti

12、mer decoder</p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　現代社會交通越來越發(fā)達，人們的出行都離不開交通方式，便捷的交通不僅為人們提供了方便，而且還為出門在外的人群賦予了一個安全的環(huán)境，讓人們享受便捷交通的愉悅。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，交通燈的控制也越來越數字化和集成化，這種控制技術的設置也變得越來越受到人們的關注。</

13、p><p>　　根據設計內容和設計要求，本課程設計用到了我們熟悉的555定時器，74LS163計數器，74LS153和74LS74，74LS48以及數碼管等電路器件。通過一些基本的電路原件（電阻，電容）和門電路（與門，非門，與非門等）將各個器件連接起來，實現了交通燈控制電路的設計。</p><p><b>　　2.總體方案設計</b></p><p&g

14、t;<b>　　2.1方案比較 </b></p><p>　　2.11 設計要求分析與方案比較</p><p>　　1.交通燈的位置排布如圖2.1所示，本設計的要求控制交通燈在甲道和乙道十字路口的時間變化，并伴隨著紅綠黃燈的明暗變化。交通燈的變化經歷四個過程，然后重復此過程，如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.1 交通燈的位置排布&l

15、t;/p><p><b>　　25秒時間到</b></p><p><b>　　55</b></p><p>　　秒 秒</p><p>　　時

16、 時</p><p>　　間 間</p><p>　　到 到</p><p><b>　　25秒時間到</b></p><

17、p>　　圖2.2 交通燈的變化過程圖</p><p>　?。?）.首先初始化，將甲道設為綠燈，乙道設為紅燈。經過延時25秒時間到，將甲道變?yōu)辄S燈，乙道紅燈不改變；延時5秒時間到，將甲道變?yōu)榧t燈，乙道變?yōu)榫G燈；再經過25秒延時時間到，甲道依然是紅燈，變乙道為黃燈；延時5秒后，交通燈狀態(tài)又回到初狀態(tài)。這四個過程為一次循環(huán)。</p><p>　　通過以上分析，交通燈一個循環(huán)過程共需要一分鐘

18、的時間，下面有兩種方案可供選擇：</p><p>　　方案一：用數電電子技術來實現交通燈控制</p><p>　　它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： </p><p>

19、　　TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間25秒到，TL=1，如果定時時間未到，則TL=0。 </p><p>　　TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間5秒到，TY=1，如果定時時間未到，TY=0。 </p><p>　　ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 </p&g

20、t;<p>　　圖2-3 系統的原理圖 </p><p>　　交通燈控制器的流程圖如圖2-4所示</p><p>　?。?）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。綠燈亮的時間間隔25秒時（即TL改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 </p><p>　　（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未

21、過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮的時間間隔5秒時（即TY改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 </p><p>　　（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，綠燈亮的時間間隔25秒時（即TL改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 </p><p>　?。?）甲車道紅燈亮，乙

22、車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮的時間間隔5秒時（即TY改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。 </p><p>　　交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(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)及功能如表1-2所示，控制器應送出甲、乙車道紅

23、、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，甲道用A表示，乙道用B來表示，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下表2-1規(guī)定：</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　由此得到交通燈的流程圖，如 圖1-3所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，甲乙燈的狀態(tài)不變（TL=0）（用判斷框表示TL），控制器保持S0

24、不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。</p><p>　　圖2-4 交通燈的流程圖</p><p>　　方案二：用單片機技術來實現交通燈控制</p><p>　　通過并行接口8255A實現十字路口交通燈的模擬控制</p><p>　　十字路口交通燈的變

25、化規(guī)律要求:</p><p>　　甲道的綠燈，乙道的紅燈同時亮25秒。</p><p>　　甲道的黃燈亮5秒，同時乙道的紅燈繼續(xù)亮。</p><p>　　甲道的紅燈，乙道的綠燈同時亮25秒。</p><p>　　甲道的紅燈繼續(xù)亮，乙道黃燈亮5秒。</p><p>　　重復1)-4）的過程，直到有鍵按下。</p&g

26、t;<p>　　2. 8255A的C口工作為方式0輸出方式，用來控制二極管的狀態(tài)。如果用PA0測試8253定時到信號狀態(tài)，則8255A的A口應該工作為方式0輸入方式。</p><p>　　3.延時可采用軟件實現，也可以利用8253A定時來實現。參考編程流程圖如圖1-4所示，兩種延時方案在初始化和延時程序的編程上有區(qū)別。</p><p>　　4.設置8253A工作可采用方式0.

27、GATA0+5V,CLK0接1MHz時鐘。當送完8253方式控制字后OUT0輸出低電平，在送完計數初值后，開始減一計數，計數后輸出高電平，8255A測試到高電平后轉換燈亮，之后重新對8253初始化，且計數初值根據定時長短改變。</p><p>　　5.等待鍵盤輸入可采用DOS功能調用0BH號功能，如:</p><p>　　MOV AH,0BH ；有鍵按下則AL=0FFH</p&

28、gt;<p><b>　　INT 21H</b></p><p>　　CMP AL,0FFH</p><p>　　JZ EDN0 ；有鍵按下轉到程序退出處，編程流程圖如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 編程流程圖</p><p><b>　　2.2 方案論證<

29、/b></p><p>　　兩種方案所執(zhí)行交通燈的效果是一樣的，只是所采用的技術是不一樣的。方案一所采用我們熟悉的集成芯片，</p><p><b>　　2.3 方案選擇</b></p><p>　　方案一是我們比較熟悉的，因為才學完數字電路這門課程，我們對芯片的了解以及連接有一定的基礎。而方案二所采用的是單片機知識，要進行編程才能實現，

30、此種方法比起第一種要復雜的多。經比較后，采用了方案一來實現此課程設計所要求的功能。</p><p><b>　　3.單元模塊測試</b></p><p>　　3.1電路參數的計算及元器件的選擇</p><p>　　3.11 秒脈沖發(fā)生器的選擇 </p><p>　　555定時器是一種功能強大的模擬數字混合集成電路，此秒脈

31、沖發(fā)生器是以555定時器為基礎構成的多諧振蕩器產生秒脈沖的電路。由于555定時器內部的比較靈敏度比較高，輸出驅動電流較大，功能靈活，它的頻率受電源電壓和溫度的影響很小，所以由555定時器構成的多諧振蕩器頻率較穩(wěn)定，不易受干擾。并且有許多電路中都廣泛用到此電路充當秒脈沖產生器，技術已經相當成熟，因此此電路比較適合。</p><p>　　3.12 定時器的選擇</p><p>　　定時器由秒脈

32、沖發(fā)生器和同步的計數器構成，此計數器所采用的集成芯片是74LS163，74LS163是4位二進制同步計數器，它具有同步清零、同步置數的功能。交通燈延時最大為25秒，因此采用兩片74LS163級聯的方式構成25進制計數器，以達到定時的效果。</p><p><b>　　3.13控制器電路</b></p><p>　　控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制

33、信號燈工作狀態(tài)的轉換。列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表1-6所示。選用兩個D觸發(fā)器74LS74做為時序寄存器產生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，據表1-1，有四種控制狀態(tài)信號（00表示甲道綠燈亮，乙道紅燈亮；01表示甲道黃燈亮，乙道紅燈亮；11表示甲道紅燈亮，乙道綠燈亮；10表示甲道紅燈亮，乙道黃燈亮）。當控制器處于＝ 00狀態(tài)時，如果TL＝ 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL=1（即綠燈亮足25秒），則控制器轉換到＝ 01

34、狀態(tài)（這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示）。其余情況依次類推，另外TY=1表示黃燈亮足5秒時間到，就可以列出了狀態(tài)轉換信號ST。</p><p>　　表3-1控制器狀態(tài)轉換表</p><p>　　根據上表可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸人進行相與，“1”用原變量表示，“0”用反變量表示。最后再把各

35、項加起來，即可得到下面的狀態(tài)方程：</p><p>　　根據以上方程，選用數據選擇器 74LS153來實現每個D觸發(fā)器的輸入函數，將觸發(fā)器的現態(tài)值加到74LS153的數據選擇輸入端作為控制信號．即可實現控制器的功能。</p><p><b>　　3.14譯碼電路</b></p><p>　　譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工

36、作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表3-2表示，表中A,B表示甲，乙車道。</p><p>　　表3-2 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表</p><p>　　由上表可得以下狀態(tài)表達式：</p><p>　　AG甲道綠燈=；AY甲道黃燈=;AR甲道紅燈=；</p><p>　　BG乙道綠燈

37、=；BY乙道黃燈=；BR乙道紅燈=；</p><p>　　由秒脈沖發(fā)生器產生了周期性變化的CLK脈沖，一部分送給了定時器的74LS160芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS160芯片的情況下，通過芯片74LS10將會輸出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5（即TY控制黃燈定

38、時5秒，TL控制綠燈定時25秒）。將定時器輸出的TY，TY非；TL，TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖接入芯片74LS74中的脈沖輸入端會輸出高低變化的電平?？刂破髦械男盘栐谒徒o由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現。</p><p><b>　　3.15顯示部分</b>

39、</p><p>　　顯示部分由74LS48和共陰極七段數碼管組成，74LS48作為譯碼器，對74LS160的輸出信號進行譯碼，然后通過七段數碼管顯示出74LS160的計數。即交通燈需要顯示的時間。</p><p>　　3.2各單元模塊功能介紹及電路設計</p><p>　　3.21 秒脈沖發(fā)生器電路</p><p>　　由555定時器構成的

40、多諧振蕩器：</p><p>　　圖3.2 555定時器構成的多諧振蕩器</p><p>　　功能：產生頻率穩(wěn)定的振蕩電流，振蕩時間間隔為1秒，可實現電路按秒計數的功能。</p><p><b>　　3.22 定時器</b></p><p>　　74LS163構成的計數器產生定時的功能：</p><

41、p>　　要求計數器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。計數器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。</p><p>　　圖3-3 交通燈定時器（由75LS163構成）</p><p>　　其工作原理為：由秒脈沖發(fā)生器產生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS160的計數脈沖輸入端

42、2處。如圖所示：兩個計數器的輸入端3.4.5.6分別接地。U2的進位端口15置空。將控制狀態(tài)信號ST分別接到U1和U2的異步清零端。由U2的Q3和Q0連接一個與門接到U1的兩個使能端ENT和ENP端，就可以實現進位的功能。即得到TY和TY非是秒脈沖的5倍；TL和TL非的結果是秒脈沖的25倍（即實現了定時的功能）。</p><p>　　除此，還可以用74LS160來實現這個定時器。設計思想和74LS163基本相似，

43、設計如下圖3-4，雖說用此電路設計比起74LS163簡單一點（就是少一個與非門），但考慮到先前做的時候，有幾個難點知識沒有搞懂，所以一再思考選用了74LS163來完成定時器電路的設定。</p><p>　　圖3-4 交通燈定時器（由74LS160構成）</p><p>　　功能：通過控制信號的變化，產生秒計數，實現延時的功能。</p><p><b>　

44、　3.23 控制電路</b></p><p>　　74LS153與雙D觸發(fā)器構成控制電路：</p><p>　　功能：通過對定時器輸出信號的選擇，輸出ST控制信號，再反饋給定時器，以實現時間一到就讓顯示器清零的功能。同時實現對紅黃綠交通燈的控制亮和暗的功能。</p><p><b>　　3.24譯碼器電路</b></p>

45、<p><b>　　待完成</b></p><p>　?。?）熟悉集成電路的引腳安排。</p><p>　?。?）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。</p><p>　　（3）了解面包板結構及其接線方法。</p><p>　　（4）了解數字交通燈控制電路的組成及工作原理。</p><p&g

46、t;　?。?）學會用仿真軟件對設計的原理圖進行仿真。</p><p>　　（6）熟悉數字交通燈控制電路的設計與制作。</p><p><b>　　2、設計思路</b></p><p>　?。?）設計秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　（2）設計交通燈定時電路</p><p>　?。?）設計交通燈控制

47、電路</p><p>　?。?）設計交通燈譯碼電路</p><p>　?。?）設計交通燈顯示時間電路</p><p><b>　　3 設計過程 </b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　方案一 用數電電子技術來實現交通燈控制<

48、/p><p>　　交通燈控制系統的原理框圖如圖1-1所示。</p><p>　　它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： </p><p>　　TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的

49、時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間25秒到，TL=1，如果定時時間未到，則TL=0。 </p><p>　　TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間5秒到，TY=1，如果定時時間未到，TY=0。 </p><p>　　ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。 </p><p>　　圖1-1

50、 系統的原理圖 </p><p>　　交通燈的排布位置如圖1-3所示</p><p>　　圖1-2 交通燈的排布位置</p><p>　　交通燈控制器的流程圖如圖1-3所示</p><p>　?。?）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。綠燈亮的時間間隔25秒時（即TL改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到

51、下一工作狀態(tài)。 </p><p>　　（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)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮的時間間隔5秒時（即TY改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 </p><p>　　（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，綠燈亮的時間間隔25秒時（即TL改變狀態(tài)），控制器

52、發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。 </p><p>　?。?）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮的時間間隔5秒時（即TY改變狀態(tài)），控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。 </p><p>　　交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、1

53、1、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表1-2所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，甲道用A表示，乙道用B來表示，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下表1-1規(guī)定：</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　由此得到交通燈的流程圖，如 圖1-3所示。設控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀

54、態(tài)框表示S0），當S0的持續(xù)時間小于25秒時，甲乙燈的狀態(tài)不變（TL=0）（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續(xù)時間等于25秒時，TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態(tài)。</p><p>　　圖1-3 交通燈的流程圖</p><p>　　方案二 用單片機技術來實現交通燈控制</p><p><

55、;b>　　1 、設計目的</b></p><p>　　通過并行接口8255A實現十字路口交通燈的模擬控制</p><p><b>　　2、設計思路</b></p><p>　　十字路口交通燈的變化規(guī)律要求:</p><p>　　甲道的綠燈，乙道的紅燈同時亮25秒。</p><p>

56、;　　甲道的黃燈亮5秒，同時乙道的紅燈繼續(xù)亮。</p><p>　　甲道的紅燈，乙道的綠燈同時亮25秒。</p><p>　　甲道的紅燈繼續(xù)亮，乙道黃燈亮5秒。</p><p>　　重復1)-4）的過程，直到有鍵按下。</p><p>　　2.8255A的C口工作為方式0輸出方式，用來控制二極管的狀態(tài)。如果用PA0測試8253定時到信號狀態(tài)，

57、則8255A的A口應該工作為方式0輸入方式。</p><p>　　3.延時可采用軟件實現，也可以利用8253A定時來實現。參考編程流程圖如圖1-4所示，兩種延時方案在初始化和延時程序的編程上有區(qū)別。</p><p>　　4.設置8253A工作可采用方式0.GATA0+5V,CLK0接1MHz時鐘。當送完8253方式控制字后OUT0輸出低電平，在送完計數初值后，開始減一計數，計數后輸出高電平

58、，8255A測試到高電平后轉換燈亮，之后重新對8253初始化，且計數初值根據定時長短改變。</p><p>　　5.等待鍵盤輸入可采用DOS功能調用0BH號功能，如:</p><p>　　MOV AH,0BH ；有鍵按下則AL=0FFH</p><p><b>　　INT 21H</b></p><p>　　C

59、MP AL,0FFH</p><p>　　JZ EDN0 ；有鍵按下轉到程序退出處</p><p>　　此程序涉及到單片機技術，由于我們現階段只是學習了微機原理及接口技術這門課程，還未接觸單片機課程，知識有限，所以不采用此方案。</p><p>　　圖1-4 編程流程圖</p><p>　　3.2．單元電路的設計 </p

60、><p>　　3.2.1秒脈沖發(fā)生器 </p><p>　　如果要求精度不高，秒脈沖發(fā)生器由555定時器電路及外圍電路組成（是以555定時器組成的多諧振蕩器為基礎連成的），其中R1=15K、R2=68K,C2=10uF的電阻電容值決定了脈沖寬度。既T=(R1+2R2)C2ln2當T=1S，即可湊出R2、R1、C3其中C3=0.01uF是為了保持輸出的波形的穩(wěn)定。</p><

61、p>　　如圖1-5所示， R2=68K、C2=10uF組成一個串聯RC充放電電路，在555定時器的7腳上輸出一個方波信號，C2上得到一個三角波。此三角波送到2腳輸入端。由555定時器內部的比較器和門電路共同作用，維持7腳上的方波信號和3腳上的輸出方波。</p><p>　　圖1-5 秒脈沖發(fā)生器原理圖</p><p><b>　　3.2.2定時器 </b>&

62、lt;/p><p>　　定時器由秒脈沖發(fā)生器（由時鐘脈沖產生器提供）和同步的計數器構成，要求計數器在狀態(tài)信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL。</p><p>　　計數器選用集成電路74LS163進行設計較簡便。，它具有異步清零、同步置數的功能。74LS163功能表如表3-1所示。</p&g

63、t;<p><b>　　表3-1</b></p><p>　　表中是低電平有效的異步清零輸入端，是低電平有效才同步并行置數控制端，ENP、ENT是計數使能端，RCO是進位輸出端中,D0～D3是并行數據輸入端，Q0～Q 3是數據輸出端。設計如圖1-6所示。</p><p>　　圖1-6 交通燈定時器</p><p>　　其工作原理

64、為：由秒脈沖發(fā)生器產生的秒脈沖CLK分別送給兩個74LS160的計數脈沖輸入端2處。如圖所示：兩個計數器的輸入端3.4.5.6分別接地。U2的進位端口15置空。將控制狀態(tài)信號ST分別接到U1和U2的異步清零端。由U2的Q3和Q0連接一個與門接到U1的兩個使能端ENT和ENP端，就可以實現進位的功能。即得到TY和TY非是秒脈沖的5倍；TL和TL非的結果是秒脈沖的25倍（即實現了定時的功能）。</p><p>　　除

65、此，還可以用74LS160來實現這個定時器。設計思想和74LS163基本相似，設計如下圖1-7。雖說用此電路設計比起74LS163簡單一點（就是少一個與非門），但考慮到先前做的時候，有幾個難點知識沒有搞懂，所以一再思考選用了74LS163來完成定時器電路的設定。</p><p>　　圖1-7 由74LS193構成的定時電路</p><p><b>　　3.2.3控制器</b

66、></p><p>　　控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表1-6所示。選用兩個D觸發(fā)器74LS74做為時序寄存器產生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為TL和TY，據表1-1，有四種控制狀態(tài)信號（00表示甲道綠燈亮，乙道紅燈亮；01表示甲道黃燈亮，乙道紅燈亮；11表示甲道紅燈亮，乙道綠燈亮；10表示甲道紅燈亮，乙道黃燈亮）。當控制器處于＝

67、00狀態(tài)時，如果TL＝ 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果TL=1（即綠燈亮足25秒），則控制器轉換到＝ 01狀態(tài)（這兩種情況與條件TY無關，所以用無關項"X"表示）。其余情況依次類推，另外TY=1表示黃燈亮足5秒時間到，就可以列出了狀態(tài)轉換信號ST。</p><p>　　表1-6 控制器狀態(tài)轉換表</p><p>　　根據上表可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將

68、Q1n+1、Q0n+1和 ST為1的項所對應的輸人進行相與，“1”用原變量表示，“0”用反變量表示。最后再把各項加起來，即可得到下面的狀態(tài)方程：</p><p>　　根據以上方程，選用數據選擇器 74LS153來實現每個D觸發(fā)器的輸入函數，將觸發(fā)器的現態(tài)值加到74LS153的數據選擇輸入端作為控制信號．即可實現控制器的功能。</p><p>　　控制器原理圖如圖1-8所示。圖中R、C構成上

69、電復位電路。由兩個雙多路轉換器74LS153和一個雙D觸發(fā)器74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài)，多路轉換器與觸發(fā)器配合實現4種狀態(tài)的相互交換。</p><p>　　圖1-8 交通燈控制器</p><p>　　其原理為： CLK分別送給U3A和U3B的3端清零端。將TY接入U1的5端和U2的4和5端口；TY非接入U1的4端口。如上圖所示：74LS74兩個D觸發(fā)器作為時序寄存器產生4種

70、狀態(tài)（此狀態(tài)變化順序是00 01 11 10）。選用數據選擇器74LS153來實現每個D觸發(fā)器的輸入函數，將觸發(fā)器的的現態(tài)值加到74LS153的數據選擇端作為控制信號，即可實現控制器的功能。74LS153的引腳圖如圖1-9 所示：</p><p>　　圖1-9 74LS153的引腳圖</p><p>　　1G、2G為兩個獨立的使能端；B、A為公用的地址輸入端；1C0～1C3和

71、2C0～2C3分別為兩個4選1數據選擇器的數據輸入端；Y1、Y2為兩個輸出端。</p><p>　　74LS153功能簡介:</p><p>　　當使能端1G（2G）＝1時，多路開關被禁止，無輸出，Y＝0。</p><p>　　當使能端1G（2G）＝0時，多路開關正常工作，根據地址碼B、A的狀態(tài)，將相應的數據C0～C3送到輸出端Y。BA＝00則選擇CO數據到輸出端，

72、即Y＝C0。</p><p>　　B A＝01 則選擇C1數據到輸出端，即Y＝C1，其余類推。</p><p><b>　　3.2.4譯碼電路</b></p><p>　　譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表1-8所示。表中A、B代

73、表甲、乙車道。</p><p>　　表1-8 控制器狀態(tài)編碼與信號燈關系表</p><p>　　由上表可得以下狀態(tài)表達式：</p><p>　　AG甲道綠燈=；AY甲道黃燈=;AR甲道紅燈=；</p><p>　　BG乙道綠燈=；BY乙道黃燈=；BR乙道紅燈=；</p><p>　　由秒脈沖發(fā)生器產生了周期性變化的C

74、LK脈沖，一部分送給了定時器的74LS160芯片，另一部分送給了控制器的74LS74芯片。在脈沖ST同時加到定時器74LS160芯片的情況下，通過芯片74LS10將會輸出TY、TY非；TL、TL非。即TY和TY非放大的結果是秒脈沖的5倍；TL和TL非放大的結果是秒脈沖的25倍。前者輸出的信號是后者的1/5（即TY控制黃燈定時5秒，TL控制綠燈定時25秒）。將定時器輸出的TY，TY非；TL，TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在

75、CLK脈沖接入芯片74LS74中的脈沖輸入端會輸出高低變化的電平。控制器中的信號在送給由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結果最終通過小燈的正常閃爍來實現。根據狀態(tài)表達式設計譯電路圖如圖1-10所示：</p><p>　　圖1-10譯碼器部分原理圖</p><p><b>　　3.2.5顯示部分</b>

76、;</p><p>　　顯示部分由74LS48和共陰極七段數碼管組成，74LS48作為譯碼器，對74LS160的輸出信號進行譯碼，然后通過七段數碼管顯示出74LS160的計數。即交通燈需要顯示的時間。其設計如圖1-11</p><p>　　圖1-11 由74LS48和數碼管組成的電路</p><p><b>　　4系統調試與結果</b><

77、;/p><p>　?。?）組裝調試秒脈沖電路。</p><p>　　（2）進行定時電路的組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到25時，能輸電有效的定時時間到信號。</p><p>　?。?）調試交通燈控制器以及顯示部分。 </p><p>　?。?）判斷各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使

78、其滿足設計要求。</p><p><b>　　最終調試如下：</b></p><p>　　接上電源,便可以進行交通燈控制系統的仿真，電路默認把通車時間設為25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時間顯示器從預置的0秒，以每秒增1，增到25到0時，甲道的綠燈轉換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時甲車道的黃燈轉換為紅燈

79、；乙車道的紅燈轉換為綠燈。如此循環(huán)下去。</p><p><b>　　5主要元件</b></p><p>　　集成電路：555—1片 74LS163—2片 74LS08—2片 74LS04—2片 </p><p>　　74LS153—2片 74LS74—2片 74LS48—2片 5106AS—2片</p><p>

80、　　74LS20—1片（74LS04芯片含有4個非門，08、20芯片同上）</p><p>　　電阻： 200歐姆—9個 15K歐姆—1個 68K歐姆—1個 </p><p>　　電容： 0.01uF—1片 10uF—2片</p><p>　　其他：紅綠黃燈組件四組</p><p><b>　　6、結論</b>&

81、lt;/p><p><b>　　1、能實現的功能</b></p><p>　　交通燈的狀態(tài)轉換和計時時間的顯示，基本能實現甲、乙道路直行和轉彎燈的顯示功能。</p><p><b>　　2、不足之處</b></p><p>　　交通燈中沒有右轉燈，用的芯片太多。</p><p>

82、<b>　　7、設計心得體會</b></p><p><b>　　8 、附錄</b></p><p>　　8.1總原理圖1-10（如下）</p><p>　　圖1-10 仿真圖一</p><p>　　8.2 PCB圖（略）</p><p><b>　　9、參考文

83、獻</b></p><p>　　[1] 康華光. 電子技術基礎（數字部分第五版）. 北京：高等教育出版社，1999年</p><p>　　[2]薛宏熙等編.數字邏輯設計，清華大學出版社，2012年 </p><p>　　[3]謝自美等編. 電子線路綜合設計.華中科技大學大學出版社，2006年</p><p>　　[4]余春暄編著.