交通灯控制电路设计.doc

钦 州学院数字电子技术课程设计报告交通灯时间显示控制电路的设计院 系 物理与材料科学学院 专 业 自动化（过程控制自动化）学 生 班 级 2009级3班 姓 名 雷思思 学 号 0905404305 指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 张大平 指导教师职称 副教授 2012年10月交通灯时间显示控制电路的设计自动化专业2009级 雷思思指导教师 张大平 摘要：本文着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统，从课程设计的题目要求出发，设计了一个交通灯时间显示控制电路。首先进行交通灯状态变换的分析，先设计让倒计时显示器按规律运行的电路，再通过倒计时电路的信号来控制交通灯按4种状态循环变换。电源电路采用220V的交流电转换为5V的直流电。2Hz方波脉冲由CC4060定时器产生，再由CC4013实现分频，最终输出1Hz的脉冲信号；用两块CC40192实现倒计时，一块显示十位，一块显示个位，用D触发器74LS153实现25s，25s，5s，35s时间的转换；利用倒计时电路控制4个状态。最后通过74LS138实现对交通灯亮灭的控制。关键词: 交通灯,倒计时，时间控制电路，proteus仿真 目录前言11 设计任务及指标11.1 设计任务11.2 设计要求12 交通灯时间显示控制电路22.1 电路原理框图22.2 电路工作原理分析23 交通灯时间显示控制电路设计43.1 时钟电路的设计43.2 分频电路43.3 倒计时时间计数电路53.4 译码驱动电路63.5 显示电路63.6 元器件清单列表63.7 系统电路总体电路图74 芯片引脚及功能84.1 芯片CC406084.2 芯片CC401384.3 芯片CC4019284.4 芯片74LS15394.5 芯片74LS13894.6 芯片CC4511105 电路连接测试106 心得体会12致 谢12参考文献12交通灯时间显示控制电路的设计前言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门急需解决的重要问题之一。交通灯时间显示控制电路是现代城市交通监控指挥系统中的重要组成部分。此次课题设计是模拟交通灯倒计时时间显示控制电路，实现通道绿灯直走、绿灯左转、黄灯停、红灯停四种状态的循环控制。利用晶体振荡器产生脉冲信号，采用倒计时方式计时，可显示各种状态运行的剩余时间，时钟信号精度比较高，稳定性比较好。在交通管理中引入时间显示控制，有利于提高交通运输的安全性，提高交通管理的服务质量。1 设计任务及指标1.1 设计任务设计一个东西方向和南北方向十字路口的交通灯控制电路。1.2 设计要求（1）基本功能用中规模集成电路实现交通灯时间显示控制电路的模拟控制。采用倒计时方式计时，并可显示各种状态运行的剩余时间，时钟信号要精度较高；模拟实现通道四种状态的循环控制：直走绿灯亮25秒，左转绿灯亮25秒，注意停车黄灯亮5秒，停车红灯亮35秒；用四个LED表示直走、左转、注意、停车四种状态。（2）设计成果要求利用集成芯片、分立元件制作线路板，实现有关电路功能； 设计报告一份。（3）主要器件CC40192、CC4013、CC4060、CC4511、74LS138、74LS153、CC40106、数码管2 交通灯时间显示控制电路2.1 电路原理框图交通灯时间显示控制电路的原理框图如图2.1所示。图2.1 交通灯时间显示控制电路的原理框图2.2 电路工作原理分析 1 利用COMS晶体振荡器产生32768Hz的矩形脉冲，经CC4060分频得到2Hz的矩形脉冲，经CC4013分频获得1Hz的秒脉冲信号，提供给F作计数脉冲。 2 首先让K=1让系统清零。这时计时器Y, Y清0，状态控制电路F的QQ=00，一路经F译码驱动让直走绿灯Y亮，其他YYY灯灭；另一路驱动F选择D，即2Q1Q=2 D1 D=10，把数据送给F。 3 开关K接0开始运行，Y, Y减1，则输出一信号脉冲，一路经F整形后使Y, Y置数，F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4。F置QQQQ= DDDD =0010，经F驱动显示2。置数后=1，使F,F开始进行倒计时。 另一路让F加1输出QQ=01，一方面经F译码驱动左转绿灯Y亮，让其它Y YY灯灭；另一方面经驱动F选择D，即2 Q 1Q =2 D1 D=00，把数据送给F。 4 25秒后，F，F的又输出一信号脉冲，一路经F整形后使F，F置数，F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD =0000，经F驱动显示0。置数后=1，使F，F开始进行倒计时。 另一路让F加1输出QQ=10，一方面经F译码驱动让黄灯Y亮，其它 YYY灯灭；另一方面经F驱动选择D2，即2Q1Q=2 D1 D=11，把数据送给F。5 5秒后，F，F的又输出一信号脉冲，一路经F整形后使F，F置数。F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD =0011，经F驱动显示3。置数后=1，使F，F开始进行倒计时。另一路让F加1输出QQ=11，一方面经F译码驱动让停止红灯Y亮，其它 YYY灯灭；另一方面经F驱动选择D3，即2Q1Q=2 D1 D=10，把数据送给F。6 35秒后，F，F的又输出一信号脉冲，一路经F整形后使F，F置数。F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD=0010，经F驱动显示2.置数后=1，使F，F开始进行倒计时。另一路让F加1输出QQ=00，一方面经F译码驱动让直走绿灯Y亮，其它YY Y灯灭；另一方面经F驱动选择D0，即2Q1Q=2 D1 D=10，把数据送给F。7 25秒后，F，F的又输出一借位脉冲，一路经F整形后使F，F置数，F置QQQQ= DDDD =0100，经F驱动显示4；F置QQQQ= DDDD =0010，经F驱动显示2。置数后=1，使F，F开始进行倒计时。另一路让F加1输出QQ=01，一方面经F译码驱动让左转绿灯Y亮，其它 YY Y灯灭；另一方面经F驱动选择D1，即2Q1Q=2 D1 D=00，把数据送给F。这样不断地周而复始，循环往复的运行。3 交通灯时间显示控制电路设计3.1 时钟电路的设计时钟电路由晶体32768hz与2个30pF电容、1个CC4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如图3.1所示。晶体振荡器电路给时钟提供一个频率稳定准确的32768HZ的方波信号，输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，cc4060 的CR 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器。在 CP1（和 CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。图3.1 时钟电路3.2 分频电路如图3.2所示选用CC4060，14位二进制计数器对32768Hz进行14次二分频，产生一个频率为2Hz的脉冲信号，然后用双D触发器CC4013进行二分频得到周期为1s的脉冲信号。图3.2 分频电路3.3 倒计时时间计数电路交通灯时间数字显示电路，作为倒计时提示，以便人们更直观地把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每s减1的计数方式工作，直至减到数为0时，十字路口绿、黄、红灯变换，一次工作循环结束，而进入下一轮工作循环。根据题目的要求，直走绿灯亮25秒，左转绿灯亮25秒，注意停车黄灯亮5秒，停车红灯亮35秒，如此循环，以此类推。如图3.3所示设计时采用两块CC40192组成两位十进制减法法计数器，输入经cc4013分频获得1HZ连续计数脉冲进行计数，一块显示十位，一块显示个位。一开始使十位数置数为2，二进制为0010，个位数为4，二进制为0100。此时另外一块cc40192进行加法计数控制交通指示灯的亮灭，当它加1输出QQ=00，经74LS138译码驱动让直走绿灯Y亮，其他YYY灯灭，电路从24开始倒计时。当直走绿灯亮了25s后，直走绿灯灭，左转绿灯亮25s,如此按照工作原理不断循环。最后将电路的倒计时接到译码器cC4511，再接到共阴极数码显示管上显示十进制数字。据此画出倒计时电路如图3.5所示：图3.3 倒计时电路3.4 译码驱动电路 选择74LS138和74LS153进行译码驱动。控制电路CC40192构成的两位二进制触发器输出信号00,01,10,11. 74LS153作为数据选择器，其功能为四选一数据选择器，接收控制电路的输出信号，分别选择四个输入D0或D1或D2或D3信号传输到LED显示电路，使LED显示不同数字。译码驱动由74LS138组成，它接收控制电路输出的信号同时将自身的输出信号分别连接到4个LED灯显示工作状态。3.5 显示电路选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由CD4511芯片把BCD码转变为七段数码送到数码管中显示出来。3.6 元器件清单列表表3.6 元器件清单表元件名称规 格数 量CC4013141CC40192163CC4060161CC4511162CC4010614174LS13816174LS153161按键开关31电 容47pF2电 阻5604电 阻10M1数码管102晶振32768Hz1发光二极管红、黄各1发光二极管绿23.7 系统电路总体电路图根据上面各功能电路的设计整合，用proteus仿真软件画出总体电路图如3.7所示：图3.7 交通灯时间显示控制控制电路4 芯片引脚及功能4.1 芯片CC4060 芯片CC4060芯片引脚及功能如图4.1所示图4.1 CC4060芯片引脚及功能4.2 芯片CC4013芯片CC4013芯片引脚及功能如图4.2所示图4.2 CC4013芯片引脚及功能4.3 芯片CC40192芯片CC40192芯片引脚及功能如图4.3所示图4.3 CC40192芯片引脚及功能4.4 芯片74LS153芯片74LS153芯片引脚及功能如图4.4所示图4.4 74LS153芯片引脚及功能4.5 芯片74LS138芯片74LS138芯片引脚及功能如图4.5所示图4.5 74LS153芯片引脚及功能4.6 芯片CC4511芯片CC4511芯片引脚及功能如图4.6所示图4.6 CC4511芯片引脚及功能5 电路连接测试按图3.7电路做成万能版板正面如图5.1所示，反正面如图5.2所示。经通电测试各项指标均符合要求。图 5.1图 5.26 心得体会本次课程设计作为一次动手实践的机会，从中我收获了很多。这次课程设计的任务是做交通灯时间显示电路，从最初的方案选择、电路设计，到最后的焊接、调试，不仅让我更加深刻的理解了课本上的理论知识，同时我分析、解决实际问题的能力也得到了锻炼。通过本次课程设计，我明白了作为一名工程人员，不仅要有扎实的理论知识和超强的的动手能力，还应具备另外一种素质，那就是严谨。另外通过本次实践，我也懂得了理论和实践的区别及其重要性，再好的理论如果不能用于实践，那么它就是没有用的，因此，在我们学好理论的同时也应该努力提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，这样我们才能最大发挥自己所学知识的作用。致 谢感谢学校给我们锻炼的机会，感谢老师的指导，在我的努力下，和同学们的互相帮助，互相启示，最终设计出电路来，非常感谢在过程中帮助过我们的每一个人！ 在电路设计和论文写作的过程中，得到了许多同学的宝贵建议，同时还得到他们的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。 最