数字电路课程—交通灯系统.docx

交通灯控制系统设计报告 目 录一．设计任务和要求………………………………………02二．系统模块功能关系设计………………………………02三．电路设计计算与分析…………………………………033-1 时钟脉冲信号的产生………………………………033-2 主状态控制电路……………………………………033-3 信号灯驱动电路……………………………………043-4 计时器电路…………………………………………063-5计时器显示电路………………………………………103-6 总体电路图仿真……………………………………11 四．PCB制板说明及其附图…………………………………12五． 电路设计总结与心得…………………………………14六．附录…………………………………………………16七． 参考文献………………………………………………17一．设计任务和要求 利用所学数字电路知识，设计简单交通灯控制电路。在由一条主干道和一条支干道汇合形成的十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每一个入口处设置红、黄、绿三色信号灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁止线外，以此实现红绿灯对城市交通的自动指挥。（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。（2）当主道允许通行时绿灯亮，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。（3）主支干道交替允许通行，主干道每次允许放行30s，支干道20s。设计30s和20s计时显示电路。（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，设置5s计时显示电路。二．系统模块功能关系设计 本系统设计中，根据要求可以建立四个功能模块，分别是主控制器模块、时钟脉冲信号发生模块、计时器与时间显示模块、信号灯驱动模块。主控模块起到控制和联系其它各模块的作用，其它模块反过来作用于主控模块，实现整个系统的正常运行。经过最终设计与论证，得到个模块的关系如下图所示：三．电路设计计算与分析1.时钟脉冲信号的产生时钟脉冲信号由555定时器与相应大小的电阻和电容连接而成的多谐振荡器来产生。由于电路中需要的脉冲信号周期为1s，如果选用的电容分别是10uF和0.01uF，则根据周期计算公式T=(R1+2R2)CLn2，可得到R1+2R2的阻值为144K欧，因此我们令R1等于39K欧，R2等于51K欧，则连接而成的由555定时器构成的多谐振荡器如图3-1所示。图3-1 555定时器构成的多谐振荡器2.主状态控制电路主控电路是本系统的核心，它的输入信号来自主干道和次干道计时系统有进位输出时产生的脉冲，它的输出一方面经显示驱动电路控制主干道和次干道信号灯的状态，另一方面控制计时系统的置数，根据信号灯的不同状态，给主干道和次干道计时器置入时间信号，让计时器按照预定的时间间隔工作。主控电路属于时序逻辑电路，由于主干道和次干道各自的三种灯正常工作时只有四种可能，即四种状态：主绿灯和支红灯亮，主道通行；主黄灯和支红灯亮，主干道准备停车；主红灯和支绿灯亮，支干道通行；主红灯和支黄灯亮，支干道停车。因此，我们可以用双D触发器构成二进制加法器，实现四个状态的循环转换，关系图如图3-2所示。 00 11 01 10 图3-2 主控器状态转换图双D触发器的连接如图3-3所示。图3-3 双D触发器构成的二进制计数器令左边触发器两个输出端为Q1和Q1’,右边触发器的两个输出端分别为QO和Q0’，则Q1Q0的状态变化依次是00、01、10、11。3.信号灯驱动电路主控制器的四种状态分别要控制主、支干道红黄绿灯的亮与灭。令灯亮为“1”，灯灭为“0”，主干道红黄绿灯分别为R、Y、G，支干道红黄绿灯分别为r、y、g，则信号灯驱动电路真值表为：输 入输 出Q1Q0RYGryg00001100010101001010000111100010由以上真值表可得到各灯的逻辑表达式分别为： R=Q1Q0’+Q1QO=Q1; Y=Q1’Q0; G=Q1’+Q0’ r=Q1’Q0’+Q1’Q0=Q1’;y=Q1Q0; g=Q1Q0’因此得到主支干道的信号灯驱动电路如图3-4所示。 主干道 支干道图3-4 信号灯驱动电路图4.计时器电路计时器电路是本次设计中做复杂也最为关键的一部分，这一部分又可以分为输出和输入两部分。输入的信号除了秒脉冲时钟信号以外，更重要的是主控电路对其输入的置数信号。输出信号为三部分，分别是主次干道的计时显示电路、置数端开关控制信号、主控电路的脉冲控制信号。（1）百进制计数器电路这一部分我们选用两片十进制计数器芯片74LS190D级联而成。74LS190D可以实现加计数和减计数，由