文档介绍：三明学院
数字电路课程设计报告书
——交通灯控制器
学院名称
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三明学院
学生姓名
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林前程
专业名称
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电子信息工程
学号
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班级
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2班
一、设计题目:交通灯控制器
交通灯控制器是可以自动控制交通灯,并以倒计时的方式显示出时间,方便行人和车辆在通行时有条不紊的通行,达到交通井然有序,出行人员安全快捷的到达目的地的效果。本次实验的就是想通过这样的一个实例,来结合数字电路课程的学习共同实现这样的一个应用工具,达到理论和实践相结合的目的。
二、设计要求:
设计一个十字路口控制交通秩序的交通灯,满足以下条件:
显示顺序为其中一组方向是绿、黄、红;另一方向是红、绿、黄。
设置一组数码管以倒计时的方式显示语序通行或禁止通行时间,其中支通道绿灯的时间是20s,另一个方向上主通道的绿灯亮的时间是30s,黄灯亮的时间都是5s.
选做:当任何一个方向出现特殊情况,按下手动开关,其中一个方向通行,倒计时停止,当特殊情况结束后,按下自动控制开关恢复正常状态。
三、设计思路概述:
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交通灯控制器主要实现两部分功能:
①东西、南北双向通路的红、绿、黄灯控制;
②东西向主通路的倒计时显示。
另外,在此设计中还实现了紧急情况下的强制中断功能。
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实现这个交通灯控制器可以采用PLD、FPGA、单片机等可编程器件或基本数字逻辑器件实现。在这次实验中采用74系列数字集成芯片和555时基芯片实现相应功能,在本报告的最后附有用Atmel公司89C52实现同样功能的电路设计图及C51程序。
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此电路为十字路口交通灯控制电路,要求东西向和南北向不能同时出现绿(黄)灯,发生“撞车”现象。即当某一方向为绿灯或黄灯时,另一方向必为红灯。东西向主通路有倒计时显示。
设计时序如下:
R30s
Y5s
G20s
东西向
G25s
Y5s
R25s
南北向
脉冲输出部分
计时控制部分
数字显示部分
彩灯控制部分
彩灯显示部分
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说明:脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波振荡器,由其产生周期为1s的时钟脉冲信号。计时控制部分主要由两片74LS161(十六进制同步加法计数器)、74LS74(边沿D触发器)及逻辑门电路构成。产生30s、20s和5s的倒计时信号。彩灯控制部分将计时控制部分输出的信号通过逻辑门电路及74LS139(双2—4线译码器)产生控制信号,控制彩灯按照响应时序显示,并将74LS139的输出信号反馈回计时控制部分
实现三种倒计时之间的切换。数字显示部分主要由74LS48(7段显示译码器)、74LS04(反相器)及8段共阴极数码管构成,通过接入计时控制部分的信号实现倒计时显示。
四、单元电路设计:
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脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波震荡器,电路原理图如右:
其中器件参数分别为R1=,R2=150kΩ,C1=,C2=。
产生的时钟脉冲为周期T=1s的方波。
电容C1充电时,暂稳态持续时间为
tw1=(R1+R2)C=×(150k+) ×≈
电容C1放电时,暂稳态持续时间为
tw2==×150k×≈
因此,电路输出矩形脉冲的周期为
T= tw1+tw2≈1s
输出占空比为q= tw1/T≈50%
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通过两片74LS161级联实现最大模值为256的加法计数功能,用低位片U2的输出口RCO控制高位片U3的使能端ENT,即低位片U2产生进位信号后高位片开始工作。
由于主通路(东西向)交通灯时序为红灯30s、绿灯20s、黄灯5s,故此子系统应实现模30计数、模20计数和模5计数间的切换,亦即低位片模值为10—10—5的切换,高位片模值为3—2—0的切换。在具体电路实现过程中,采用74LS74芯片控制高位片的数据置入,并利用彩灯控制部分的输出控制低位片数据的置入。
由于数字显示部分要求倒计时显示,故置入数据时取数码管相应显示码值的反码,具体数据表格见数字显示部分。
在此电路中,开关SW2、SW1分别控制高、低位片的强制置数,当SW2
、SW1接低电平时,若SW3接高电平,高位片被强制置入数据1111,低位片通过彩灯控制部分的反馈信号被置入数据1011。此时,将SW2、SW1接高电平,计数开始,进入有效循环前5s的偏离态。当低位片进位后,高、低位片进位端均为1,U9A输出端为1,U6C、U6D输出端为0,即高、低位片LOAD端为0,实现置数功能。
高位片置入数据为 D0n+1=D1n,D1n+1=D0nD1n,当高低位片同