红绿灯控制电路设计
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数电课程设计---红绿灯控制专业:网络工程班级:二班指导教师:***名:**学号:************红绿灯控制设计说明一.设计题目:红绿灯控制要求:● 控制交叉路口的2方向红绿灯变化。
● 变化时序如图1所示。
● 设置复位开关。
图1 红绿灯控制时序二.实验设备XFG1、74LS112、74LS192N 、74LS08、开关、数码管、红黄绿显示灯泡三、实验原理1.交通灯控制电路的系统图2.分部电路图原理说明(1)脉冲发生器用multisim 软件工具中的XFG1设置频率为60HZ ,即可得到如下脉冲(2)状态控制器 脉冲发生器 减法计数器 置数控制器 状态控制器 东西方向交通灯 南北方向交通灯 复位开关根据设计要求,交通灯四种不同状态如下:S0状态:南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮。
S1状态:南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮。
S2状态:南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮。
S3状态:南北方向红灯亮,东西方向黄灯亮。
状态变化图状态编码进位输出C Q1 Q0S0 0 0 0S1 0 1 0S2 1 0 0S3 1 1 1经分析得,有四个状态需要两片JK触发器(74LS112N)实现该状态转换 J1=Q0 K1=Q0J0=1 K0=1C=Q1Q0电路图如下:状态控制器部分主要是控制交通灯按上述四个状态循环变化,设G1、Y1、R1分别表示东西方向的绿黄红灯,G2、Y2、R2分别表示南北方向的绿黄红灯。
状态 74LS112输出端东西方向交通灯南北方向交通灯Q1 Q0 G1 Y1 R1 G2 Y2 R2S0 0 0 0 0 1 1 0 0S1 0 1 0 0 1 0 1 0S2 1 0 1 0 0 0 0 1S3 1 1 0 1 0 0 0 1G1=Q1Q0' G2=Q1'Q0'Y1=Q1Q0 Y2=Q1'Q0R1=Q1' R2=Q1电路如下图所示(3)置数控制器和减法计数器S0:东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮12sS1:东西方向红灯亮,南北方向黄灯亮3sS2:东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮12s如上图,我们需要用74LS192N十进制加减法计数器来控制各交通灯得时间变化,真值表如下:时间状态个位十位Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 C3 C2 C1 C0 12s 0 0 0 0 1 0 0 0 0 13s 0 1 0 0 1 1 0 0 0 012s 1 0 0 0 1 0 0 0 0 13s 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0由真值表可得 D3=D2=0 C3=C2=C1=0D1=1 C=Q0’D0=Q0电路如图在电路中我自己又分别将74LS192N的输出接七段显示译码器上来显示时间,可以方便仿真时检查电路是否按照设定时间倒计时。
电子电路课程设计报告课题名称十字路口自动红绿灯指挥系统课题编号8学院〔系〕机械与能源工程学院专业机械设计制造及自动化学生学号2013 年8 月30 日交通信号灯是交通信号中的重要组成部分,是道路交通的基本语言。
其广泛用于公路交叉路口,弯道、桥梁等存有安全隐患的危险路段,指挥司机或行人交通,促进交通畅通,防止交通事故和意外事故发生。
交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。
本设计便是为了能够得出这样一个可行的自动化方案,应用于交通繁杂的十字路口,以实现十字路口方便的交通管理。
2.功能概述〔1〕基本功能:信号灯的自动转换,即:绿灯亮20 秒——→黄灯亮5 秒——→红灯亮15 秒,如此循环。
(2)扩展功能:声光提示:十字路口有数字显示,作为时间提示,以便人们更直观地把握时间。
具体为:当某方向绿灯亮时,置显示器为20秒,然后以每秒减1计数方式工作,直至减到数为“0”,十字路口红、绿等交换,一次工作循环结束,而进入下一步某方向的工作循环。
当倒计时进入最后三秒时,蜂鸣器开始工作,提示正在过马路的人群快速穿越,或进入马路中央的交通岛等安全地带。
图1 交通信号灯效果图1.系统组成图2 系统组成图一个信号源,两个计时电路,分别控制基本功能和扩展功能。
信号灯计时电路采用加法计数计时,计数到达特定值时,由附属的控制电路调控信号灯的点亮与熄灭,到达信号灯的基本功能。
倒计时电路独立于信号灯计时电路,采用减法计数计时,并通过显示电路显示出来。
同时,倒计时电路也控制着声音提示电路,使其在倒数结束最后3秒时,发出蜂鸣,提醒路人。
一个信号源保证基本功能和扩展功能之间到达同步,不会有错时现象出现;而两个计时电路的设计可以方便维护和更换,而在两个电路中还设置了两个独立的开关,如有故障,可以保证随时可以关闭任意一个电路。
2.元器件清单序号材料名称型号数量备注1 同步十进制计数器74LS1602 信号灯计时电路2 可逆双时钟BCD计数器74LS192 2 倒计时电路3 非门74LS04 1 /4 与非门74LS00 2 /5 或非门74LS27 1 /6 电阻100Ω假设干/7 红黄绿发光二极管/ 2*3 信号灯8 7SEG-BCD数码管DCD_HEX_BLUE 4 倒计时显示9 蜂鸣器/ 1 /10 开关/ 2 /表1 元器件清单三、仿真电路电路秒时钟信号的产生可以采用555定时器组成的多谐振荡器,采用如下图的接法。
简易交通灯控制电路摘要在现代城市中,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。
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,设计方法也变得多种多样,从而使交通灯显得更加智能化。
在该设计中,利用学过的数电知识,将交通灯的控制信号通过倒计时计数器,传递给交通显示灯和时间显示器,来控制整个十字路口的交通运行情况。
其中秒脉冲是利用NE555来产生的,倒计时计数器是用计数器74LS192来设计的,另外还有74LS138 设计的黄灯控制电路,JK触发器设计的信号灯控制电路,七段译码显示器设计的时间显示器。
这些部分共同构成一个完整的交通灯控制电路,来实现交通灯的自动化控制。
关键词倒计时减计数器/JK触发器/七段译码显示器/数据分配器1 工作原理1.1 设计分析根据设计任务与要求,我们可以知道这个交通灯的设计不分主次干道,两个方向的时间是相同的,东西方向通行30s,南北方向通行30s,这就要求我们要有两个计数器,根据我自己的经验,东西方向通行30s完,倒计时数字显示器会显示到0,然后切换到南北方向通行30s完之后, 倒计时数字显示器也会显示到0,然后切换到东西方向,这样如此循环。
这样的话我们就要设计一个31进制计数器。
根据我们所学的知识,可以用两片74ls192芯片来构成对应进制的计数器。
我们可以用利用JK触发器的翻转功能来实现红绿灯的转换;当然当每个方向倒计时只有2s时,黄灯闪,一直到0为止,由于黄灯是当两个计数器倒计时到2时开始闪,我们就可以在此时发出一个脉冲然后一直保持到0;另外设置一个紧急开关,我们可以在出现紧急情况时使用清零端使之清零,并且红灯直接接到电源,使之一直处于亮的状态。
方案一:首先给倒计时计数器即74ls192进行预置数,通过秒脉冲源发生器发送秒脉冲,此时倒计时器开始倒计时,驱动时间显示器显示,并且交通灯也正常运行,当倒计时器计时到2s时,我们当然同时可以在时间显示器上看到,这时倒计时器驱动黄灯控制器,使正在亮绿灯方向的黄灯闪烁,当倒计时器计时到0时,它将驱动信号控制器(JK触发器)来改变交通灯的显示。
西安邮电学院数字电路课程设计报告书——交通灯控制器学院名称:电子工程学院学生姓名:XXX(XX号)专业名称:电子信息工程班级:电子XXXX实习时间:2010年12月6日——2010年12月17日红绿灯交通信号系统一、红绿灯交通信号系统功能概述红绿灯交通信号系统为模拟实际的十字路口交通信号灯。
外部硬件电路包括:两组红黄绿灯(配合十字路口的双向指挥控制)、一组手动与自动控制开关(针对交通警察指挥交通控制使用)、倒计时显示器(显示允许通行或禁止通行时间)。
二、红绿灯交通信号系统红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。
图1 十字路口交通灯模拟图三、任务和要求1.在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯,显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯;另一方向是红灯、绿灯、黄灯。
2.设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间,其中一个方向上绿灯亮的时间是20s ,另一个方向上绿灯亮的时间是30s ,黄灯亮的的时间都是5s 。
3.选做:当任何一个方向出现特殊情况,按下手动开关,其中一个方向常通行,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。
4.选做:用两组数码管,实现双向倒计时显示。
四、设计思路在实际情况下,一个十字路有一个主干道和一个支干道。
主干道的车流量较大,即要求主干道绿灯亮的时间长,支干道正好相反。
五、总体方案简单原理如下:由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号,确保整个电路装置计时工作稳定进行。
用两片74LS161作为计数器,将其输出端通过非门与74LS48相连后,把74LS48输出端连到数码管上,实现倒计时;用另外一片74LS161作为状态控制器,控制状态变量Q2Q1的变化,即实现变化:00-01-10-11;用计数器的RCO进位端作为状态控制器的脉冲;利用状态控制器对计数器实现至数操作,从而实现模30,模20,模5的转换;六个灯与由状态控制器控制的74LS74的输出端通过门电路直接相连。
《数字逻辑电路设计》课程设计总结报告题目:红绿灯控制器指导老师:设计人员:学号:班级:日期:2013年5月目录1、设计任务书2、设计框图及整机概述3、各单元电路的设计方案及原理说明4、调试过程及结果分析5、设计、安装及调试中的体会6、对本次课程设计的意见及建议7、附录(包括:整机逻辑电路图及元器件清单)3、各单元电路的设计方案及原理说明脉冲发生电路:这上个学期的数电实验中,我们用555定时器实现了产生脉冲的功能,所以我们这次可以用555定时器来实现脉冲发生电路。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路,但是因为本次课程设计实验室直接提供了实验所需的脉冲,所以这个部分我们并没有设计,而是直接使用了实验室提供的脉冲。
计数系统:因为实验要求我们只用显示一个红灯的时间就可以了,所以根据我的设计方案,是打算让红灯保持25秒的时间,也就是数码管需要显示的最大数字是25,因此可以用两片160计数芯片来实现。
该计数器能同步并行预置数据、异步清零,具有清零置数,计数和保持四种功能,且具有进位信号输出端、可串接计数使用。
我采用的是计数清零的方法来实现从0到25的计数,两块芯片都是接在同一个秒冲上的,所以是同步置零的方法。
首先先接上一片160,它的计数用来当做个位,当第一片160从0记到9时在它的进位输出端会输出一个进位脉冲,我把这个进位脉冲直接接到了第二片160的使能端,这样就实现了十位的计数,当两片芯片总共计数到25时,这时我们译出一个清零信号,用来清零,即每当两块芯片从0记到25的时候,都会置零,然后再重新开始计数,这样就实现了技术部分。
该部分仿真电路如下:译码系统:这个部分是用来显示计数的,也就是我们在计数系统中设计了从0到25的计数,则数码管也会从0开始显示到25。
这里我们需要用到BCD-七段译码器74LS48,74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。
信号灯红绿灯电子电路设计
在现代城市的生活中,信号灯是一个非常重要的交通设施,它能够帮助人们有序地通过交叉口,减少交通事故的发生,提高交通效率。
在这种情况下,红绿灯电子电路设计就显得非常关键。
红绿灯的控制电路一般是由微控制器和驱动电路组成。
微控制器首先需要采集传感器的信号,并根据信号控制红绿灯的切换。
驱动电路则负责控制红绿灯的亮灭,使得红绿灯能够按照预定的时序变幻。
红绿灯的电子电路设计需要考虑以下几个方面:
1. 时序控制
红绿灯的时序控制非常重要,需要精确地计算出每个信号灯亮灭的时间。
一般而言,这个时间是由交通流量和交通信号灯设置方案来决定的。
在电路设计过程中,我们需要考虑如何实现这种精确的时序控制,以及如何在保证准确性的同时尽量减少功耗和成本。
2. 传感器选型
红绿灯信号的控制需要通过传感器来采集交通信号。
传感器选型应该根据具体情况来确定,比如交通量大的路口可以考虑使用车辆探测器,而行人较多的路口可以使用红外传感器。
同时,我们还需要考虑传感器的灵敏度和反应速度等参数,以确保信号的准确性和实时性。
3. 硬件电路设计
红绿灯的硬件电路设计需要考虑如何实现信号的切换、功耗控制和故障处理等问题。
在电路设计中,我们需要考虑各个部件之间的接口和通信方式,以确保信号能够传输和处理。
同时,我们也需要考虑电路的安全性和可靠性,保证红绿灯能够长时间稳定运行。
总之,红绿灯电子电路设计是一个相对复杂的工程,需要综合考虑多个方面的因素。
只有在设计过程中全面、系统地考虑各种因素,才能够设计出稳定、精确、可靠的红绿灯系统。
《EDA技术及应用》交通灯控制电路的设计1 系统设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务1、用4个八段数码管分别显示道路东西和南北通行和禁止的倒计时时间。
2、能设置道路东西和南北两侧通行和禁止的倒计时时间,最大设置时间为99秒,最小设置时间为1秒。
3、交通灯用红、绿、黄三种发光二极管(LED)显示控制的结果。
4、红、绿、黄灯显示的次序应符合实际交通道路控制的要求。
5、其它功能。
1.1.2性能指标要求设计一个交通控制器,用LED 显示灯表示交通状态,并以8 段数码显示器显示当前状态剩余秒数南北方向绿灯亮时,东西方向红灯亮;反之亦然,二者交替允许通行,南北方向每次放行99s,东西方向每次放行99s,南北红绿灯始终比东西红绿灯快3s。
每次由绿灯变为红灯的过程中,亮光的黄灯作为过渡,黄灯的时间为3s。
因为开发板没有绿黄灯,所以用两组三个led灯替代显示红黄绿灯。
南北方向与东西方向各用两个8位数码管显示倒计时,并且能实现总体清零功能,计数器由初始状态开始计数,对应状态的显示灯亮。
1.2 设计思路及设计框图1.2.1设计思路本次设计是针对十字路口,进行南北和东西直行情况下交通灯控制。
设定东西方向为主干道方向,根据交通灯的亮的规则,在初始状态下两个方向的都为红灯亮启,进入正常工作状态后,当南北方向红绿灯上绿灯亮时,东西方向红绿灯上红灯亮,各方向最后倒计时3s时,南北方向红绿灯和东西方向红绿灯上的代表黄灯的led灯亮启,持续3S后,南北方向红绿灯上红灯亮启,东西方向红绿灯上绿灯亮启持续99s,之后南北方向和东西方向上的黄灯都亮启3s,一个循环完成,循环往复的直行这个过程。
1.2.2总体设计框图根据任务需求,总体设计有:分频器模块、控制器模块、倒计时模块、红绿灯显示模块、码模块和译码显示模块如下图所示:2 各个模块程序的设计led红绿灯显示:module led(clk,led,N,D,cout,zt);input clk;input [6:0] N;input [6:0] D;output reg [5:0] led;output reg [1:0] zt;output reg [6:0] cout;always@(posedge clk)begincout=cout+1;if(cout<N-3)led=6'b100001;//南北绿灯,东西红灯else if(cout>N-3&&cout<N)led=6'b100010;//南北黄灯,东西红灯else if(cout>N&&cout<D+N-3)led=6'b001100;//南北红灯,东西绿灯else if(cout>N+D-3&&cout<N+D)led=6'b010100;//南北红灯,东西黄灯else if(cout==N+D)cout=0;if(cout<N-4)zt=0;else if(cout>N-4&&cout<N-1)zt=1;else if(cout>N-1&&cout<D+N-4)zt=2;else if(cout>D+N-4&&cout<N+D-1)zt=3;endEndmodule分频器:module div(clk,clkout);input clk;output reg clkout;Parameter CNT_MAX =50_000_000;//1s->1hz(50_000_000/1),0.5s->2hz(50_000_000/2=25_000_000) //parameter CNT_MAX = 1; //for simulationreg [25:0] cnt;always @ (posedge clk)if (cnt < CNT_MAX - 1'b1)cnt <= cnt + 1'b1;elsecnt <= 26'd0;always @(posedge clk)if(cnt == CNT_MAX - 1'b1)clkout=1'b1;elseclkout=1'b0; Endmodule调时控制:module ts(s,N,D,mode);input [1:0] s;input mode;output [6:0] N;output [6:0] D;j u1(.s(s[0]),.q(N),.mode(mode));j u2(.s(s[1]),.q(D),.mode(mode));Endmodule倒计时计数:module seg(clk,N,D,cout,zt,fs1,fs2); input clk;input [6:0] N;input [6:0] D;input [6:0] cout;input [1:0] zt;output reg [6:0] fs1;output reg [6:0] fs2;always@(posedge clk)case(zt)2'b00:begin fs1=N-cout-4; fs2=N-cout-1;end2'b01:begin fs1=N+D-cout-1; fs2=N-cout-1;end2'b10:begin fs1=N+D-cout-1; fs2=N+D-4-cout;end2'b11:begin fs1=N+D-cout-1; fs2=2*N+D-cout-1;endendcaseEndmodule计时输出:module j(s,q,mode);input s,mode;output reg [6:0] q;initialq=15;//初始从15开始启动always@(posedge s)if(mode)q=q+1;elseq=q-1;Endmodule数码管调用:// Module Function:数码管的译码模块初始化module segment7 (seg_datin,seg_led,en);input [3:0] seg_datin; //数码管需要显示0~f共16个数字,所以需要4位数据输入端 input en; //数码管使能端output [7:0] seg_led; //在DE10-Standard上控制一个数码管需要7个信号MSB~LSB=DP、G、F、E、D、C、B、Areg [7:0] seg [15:0]; //定义了一个reg型的数组变量,相当于一个16*8的存储器,存储器一共有16个数,每个数有8位宽initial //在过程块中只能给reg型变量赋值,Verilog中有两种过程块always和initial//initial和always不同,其中语句只执行一次beginseg[0] = ~(8'h3f) ; //对存储器中第一个数赋值8'b0011_1111,7段显示数字 0 seg[1] = ~(8'h06); //7段显示数字 1seg[2] = ~(8'h5b); //7段显示数字 2seg[3] = ~(8'h4f); //7段显示数字 3seg[4] = ~(8'h66); //7段显示数字 4seg[5] = ~(8'h6d); //7段显示数字 5seg[6] = ~(8'h7d); //7段显示数字 6seg[7] = ~(8'h07); //7段显示数字 7seg[8] = ~(8'h7f); //7段显示数字 8seg[9] = ~(8'h6f); //7段显示数字 9seg[10] = ~(8'h77); //7段显示数字 aseg[11] = ~(8'h7c); //7段显示数字 bseg[12] = ~(8'h39); //7段显示数字 cseg[13] = ~(8'h5e); //7段显示数字 dseg[14] = ~(8'h79); //7段显示数字 eseg[15] = ~(8'h71); //7段显示数字 fendassign seg_led = en?seg[seg_datin]:8'hff; //连续赋值,输入不同四位数,输出对于译码的8位输出,共阴数码管取反。
目录1.设计的任务与要求 (1)2. 方案论证与选择 (2)3.单元电路的设计和元器件的选择 (6)3.1 五秒倒计时减数电路的设计 (6)3.2 二十秒倒计时减数电路的设计 (9)3.3三十秒倒计时减数电路的设计 (10)3.4 状态译码电路的设计 (11)3.5交通灯状态显示电路的设计 (13)3.6交通灯定时电路的设计 (15)3.7 交通灯故障检测电路的设计 (21)3.8状态控制器电路的设计 (23)3.9人行道的指示灯电路的设计 (24)3.10 紧急情况时,手动开关控制电路的设计 (26)3.11干道通行时间调整电路的设计 (27)3.12 手动清零及数字闪烁电路的设计 (28)3.13主要元器件的选择 (30)4.系统电路总图 (30)5.经验体会 (30)6.参考文献 (32)附录A:系统电路仿真图 (33)附录B:元器件清单 (35)红绿灯控制电路的设计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。
交通灯控制电路设计由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口,为确保车辆安全、迅速地通行,在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。
红灯亮禁止通行;绿灯亮允许通行;黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。
实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。
1、设计目的1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。
2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。
2、设计任务与要求1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
2.当主干道允许通行亮绿灯时,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。
3、原理电路设计(1)设计逻辑流程(2)方案比较及整体电路方案一:根据题目,主支干道红绿灯分时亮可以分成四种状态。
若采用两个JK触发器即可满足。
考虑到主支干道计数的不同,需要从计数器那里产生一个信号,来使JK触发器改变状态。
当然可以通过逻辑推导,然后用各种基本的数字器件,如与非门,来产生一个满足要求的信号。
但是用到的器件比较多,而且布线较复杂。
所以不采用这个方案。
方案二:鉴于方案一,考虑采用中规模集成电路,因此选择使用了数据选择器。
将计数器某个计数到的信号,如5s,接到数据选择器的数据输入端,然后将由JK触发器产生的表明四种状态的信号Q2和Q1接到数据选择器的地址代码端。
这个方案解决了方案一的问题,所以采用了这种设计方法。
方案三:按照JK触发器习惯的接法,由数据输出端来的信号接到J或K,但是若计数器采用置零的方式,信号有效的时间很短,这就要求触发器有较高的扫描频率,但是计数器的频率已经固定是1s,造成同一个频率电路,却需要不同的频率。
因此采用直接接进触发器的使能端。
至此,确定了最后的方案。
(3)单元电路设计及电路的工作原理为了便于分析,把一些单元电路从整体电路中分离出来,同时为了电路的简洁明了,分析电路的逻辑时,还把次要的元件暂时移除.单元电路各部分以及功能如下:控制电路主控电路是本课题的核心,主要产生30s、20s、5s三个定时信号,它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯,另一方面控制定时电路启动。
微电子制造工程专周设计报告
课题:红绿灯控制电路
指导教师:***
设计人员:胡发恩
班级:1206012
学号:31
完成日期:2014年6月26日
一、设计思路
1、题目:红绿灯控制器
2、设计要求具有以下功能
(1)东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮;
(2)东西方向红灯亮,南北方向黄灯亮;
(3)东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮;
(4)东西方向黄灯亮,南北方向红灯亮。
有时间显示(顺时),时间(红灯时间大于15秒)。
3、设计条件
根据实验室提供的小规模电路进行设计。
二、设计框图和概述
1、设计框图
2、整体概述
首先,脉冲发生电路是用来给计数芯片产生脉冲的,以便计数芯片可以正常工作。
控制系统使整个电路的核心,它控制着红绿灯的亮灭、数码管的显示以及控制计数时间。
技术系统我可以用74LS160和74LS161来实现,采用置数或者清零的方法都可以实现某一时间段的计数。
译码系统是用来显示时间的,它将技术系统所记录的时间用数码管显示出来,以便更清楚的知道红绿灯亮灭的时间。
最后的红绿灯部分用红黄绿三种发光二极管将设计的电路功能直观的表达出来。
三、各单元电路的设计方案及原理说明 1、脉冲发生电路:
我用555定时器实现产生脉冲的功能 。
如下图,电容C 被充电,当C V 上升到
3
2CC
V 时,使为低电平,同时放电三极管T 导通,此时电容C 通过2R 和T 放电,C V 下降。
当C V 下降到
3
CC
V 时,0V 翻转为高电平。
当放电结束时,T 截止,CC V 将通过1R 、
2R 向电容器C 充电。
当C V 上升到
3
2CC
V 时,电路又翻转为低电平。
如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
电路的振荡频率为:)
2(43
.121R R C f +=
=1HZ ,则各参数如图:
2、计数系统:
根据实验的要求我只用显示一个红灯的时间就可以了,所以根据我设计方案,是打算让红灯保持25秒的时间,也就是数码管需要显示的最大数字是25,因此可以用两个74LS160计数芯片来实现。
该计数器能同步并行预置数据、异步清零,具有清零置数,计数和保持四种功能,且具有进位信号输出端,可串接计数使用。
我采用的是计数清零的方法来实现从0到25的计数,两块芯片接在同一秒冲上的,所以是同步清零的方法。
25S =0010,0110
原理图如下:
3、译码系统:译码我采用四管脚的数码管来显示时间
4、控制系统:
首先根据设计要求,将控制器输出的四种工作状态,翻译成6个信号灯的工作状态。
控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如下表所示:(表中1代表亮,0代表灭)
状态
红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯Q1 Q2
0 0 1 0 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 1 0
1 0 0 0 1 1 0 0
1 1 0 1 0 1 0 0
从上表得出,红绿灯状态的转换需要四个状态来实现,这个部分我用74LS163计数器芯片来实现。
将列出的真值表进行化简,得到了各个灯的逻辑函数:
接着用74LS04和74LS08来实现各个灯的功能,将74LS161的低两位分别接到这两个芯片的对应管脚,这样就把控制系统给实现了。
部分仿真电路图如下:
最后将各个分开的部分整合为一个电路,把各个系统级联起来,整个电路连接在一起,实现交通红绿灯的功能。
各系统级联后的仿真电路图:
元件清单:
74LS160计数器芯片两片
74LS163计数器芯片一片
74LS10三输入与非门芯片一片
74LS86两输入四异或门芯片一片
74LS04六反相器芯片一片
74LS08两输入四与非门芯片一片
555时基电路芯片一片
四管脚数码管两只
电阻两只(44K、50K)
电容两只(0.01fμ、10fμ)电源一只(5V)
发光二极管六只(2红2绿2黄)导线若干
Δ仿真过程截图如下
四、调试过程及结果分析
(一)、进行技术系统电路的安装和调试。
当输入1HZ的时钟脉冲信号时,要求电路能进行增计时,当增计时到25时,能输出有效的定时时间的新号;
(二)、进行交通灯控制器及显示部分的安装和调试;
(三)、最后进行交通灯的安装和调试;
(四)、判断各部分电路之间的时序配合关系,然后检查电路各部分的功能,使其满足设计要求。
若是出现了问题,则一部分一部分的检测电路,找出问题,解决问题。
最终调试如下:
接上电源,便可进行交通红绿灯的控制系统的仿真,电路默认把通车时间设为25秒,当东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮;当东西方向黄灯亮,南北方向红灯亮;当东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮;当东西方向红灯亮,南北方向黄灯亮。
时间显示器从预置的0秒,以每秒增加1,增到19到20时,南北方向的绿灯转换为黄灯,其余灯不变,从20增至25到0时,东西方向的红灯转换为绿灯,南北方向由黄灯转换为红灯,如此循环下去。
五、设计、安装和调试中的体会
在老师布置了专周任务之后,我就想到了交通红绿灯这个项目,开始我想,仅仅是实现几个灯的循环点亮而已。
当我认真去设计的时候,才发现并没有自己想的那样简单。
最开始设计的时候,自己没有进行认真的分析,没有把整体的思路想出来,因此在设计电路阶段走
了很多弯路,前期花了很多时间去设计。
然后在安装的时候,安装完了之后感觉自己整个板子的布局不是很好,给人一点凌乱的感觉。
安装好了之后,测试也出了很多问题,首先数码管不能正常的显示,计数的时间不对,其次红绿灯的亮灭也与设计的有所不同,经过仔细的的检测之后,找到了很多问题的地方,再把这些地方该正好,这时候板子上的电路就可以正常工作了。
这其中的很多问题就是犹豫不仔细造成的,所以这提醒了我以后做电路安装方面的时候要注意细节问题。
所幸还是比较满意的完成了这次专周课程设计,自己对这个专周也从中得到了过很多的实践经验,纸上谈兵终究是不够的,多实践才能出真知。
本次专周设计利用了的基本上都是这学期书本上的数字电子技术基础的知识,这些知识到了期末也有点模糊了,在经过这次专周设计之后,在复习了过去的知识的同时也使我多原来的只是有了很多新的理解,所以这相当于复习了一遍这学期的知识,加深了自己的理解,同时也是一次把只是转化为实践的机会,
六、对本次专周设计的建议和意见
个人觉得这次专周的时间安排不是很合理,主要是时间于期末复习的时间重合了,所以时间有点紧,建议老师把专周时间提前一点。
让我们有更充足的时间去完成。
不过这次专周的题目还是很开放的,老师说自己选择题目,没有很老套的给定一个题目,但是又要讲出原理。
因为不这样的话,给定的题目都是之前学姐、学长做过的话,这样就会导致很多同学可以直
接找学姐、学长要电路图和设计报告。
这样就达不到专周设计所想要达到的效果了。
所以我觉得老师这样安排题目还是挺不错的。
这样也有利于培养同学们的创新能力。
还有就是芯片的问题,我觉得实验室提供芯片太少了,虽然自己开始设计好了题目之后,需要的芯片可以去购买,但是在安装过程中如果坏掉的话,又去买不是很方便。
还有就是实验室提供的面包板有一些内部是坏掉的,这样就导致有的同学连接好之后检验自己的电路,检查了很多遍,觉得自己的电路没有问题,但是还是没有设计的结果,原因就是面包版内部有部分坏掉了,这样让人很难受。
Δ安装后的实物电路:。