交通信号灯控制电路的设计与仿真.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,交通信号灯控制电路的设计与仿真,数字电子技术课程设计,设计内容,：,1.,信号灯白天工作要求,某方向绿灯点亮,20,秒，然后黄灯点亮,4,秒，最后红灯点亮,24,秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。,如果以,4,秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为,5,：,1,：,6,。,从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用,LED,红、绿、黄发光二极管模拟。,2.,夜间工作方式,南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。,信号指示灯白天点亮流程图,南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮,5t,南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮,1t,南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮,5t,南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮,1t,北,南,西,东,设计要求：,（,1,）要求根据设计要求实现交通灯的现实功能；,（,2,）用,Multisim,进行仿真,（,3,）设计说明书；,1,秒脉冲产生电路,:,由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器,555,和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，选择用,555,定时器组成多谐振荡器。,十二进制计数器,:,计数器可以用触发器组成，也可以用中规模集成计数器组成，以及用移位寄存器组成环形或扭环形计数器。建议用中规模移位寄存器组成扭环形,12,进制计数器。,分频器,:,上述十二进制计数器的时间单位为,4,秒，即它的,CP,脉冲为,4,秒。为了使整体电路工作步调一致，,4,秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个,4,分频器电路。秒脉冲经,4,分频后得到,4,秒脉冲，将其作为十二进制计数器的,CP,脉冲。采用两个,D,触发器组成,4,分频器电路。,控制电路的特点：,从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。,东西信号灯,南北信号灯,组合逻辑电路,十二进制计数器,四分频器,秒脉冲产生电路,系统电源,工作方式控制开关,其整体电路框图如下图所示：,信号灯采用三极管,9031,驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动能力，电源电压采用直流,5V,，通过变压器将市电降压到交流,9V,，在通过整流桥整流滤波和稳压块,7805,得到直流,5V,电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要。,作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信号灯控制电路需要使用稳定的,5V,直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。因此需要设计输出为,5V,的直流稳压电源。,直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳压芯片稳压四部分。,直流稳压电源原理图,由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器,555,和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期方便，采用,555,定时器组成多谐振荡器。,555,多谐振荡器原理图,由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向的信号灯的一个工作循环为十二进制（绿、黄、红时间比例为,5,：,1,：,6,），因此需要设计十二进制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。因此，用移位寄存器组成十二进制计数器，拟选用,8,位串入并出,移位寄存器,74LS164,。,十二进制计数电路的设计,74LS164,引脚图,74LS164,功能表器原理图,应用电路：用,74LS164,组成的,12,进制扭环型计数器电路，其电路图如下图所示。,0,1,1,上述十二进制计数器的时间单位为,4,秒，即它的,CP,脉冲为,4,秒。为了使整体电路工作步调一致，,4,秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要设计一个,4,分频器电路。秒脉冲经,4,分频后得到,4,秒脉冲，将其作为十二进制计数器的,CP,脉冲。本次课程设计使用两个,D,触发器组成,4,分频器电路。,分频器电路的设计,四分频的电路原理图,逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交通信号灯按要求方式点亮,(,一般经驱动电路去控制信号灯,),。根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻辑电路的输出作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。夜晚工作方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过与门实现。组合逻辑电路的真值表如图所示：,逻辑控制原理图,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,逻辑控制原理图,1,1,0,0,0,1,1,1,数字钟电路组成框图,星期,显示,星期,驱动,小时,显示,小时,驱动,分钟,驱动,分钟,显示,秒,显示,秒,驱动,进位,清零,进位,清零,进位,清零,二分频,秒脉冲,14,级分频,32768Hz,振荡器,f=2Hz,T=0.5S,f=1Hz,T=1S,校表,校表,校表,降压变压器,220V,交流电,整流、滤波、稳压,+5V,