数字电子技术课程设计 交通灯逻辑控制电路设计一、 内容摘要:本系统由单片机系统、键盘、 LED显示、交通灯演示系统组成系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能 系统除基本交通灯功能外, 还具有倒计时、 时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能 实现对交通灯控制 交通灯是交通安全的关键, 已广泛应用于城乡的十字路口, 它的有无作为交通安全检查的重要依据,是交通秩序正常进行的有力保障 为了确保十字路口的车辆顺利、畅通地通过,往往都采用自动控制信号灯来进行指挥其中红灯( R)亮,表示该条道路禁止通行;黄灯(Y)亮表示停车;绿灯(G)亮表示允许通行二、 实验目的1 • 了解交通灯管理的基本工作原理2•熟悉8253计数器/定时器、8259A中断控制器和8255A并行接口的工作方式及应用编 程3 •掌握多位LED显示的方法三、 设计任务和要求实验内容:设计一个用于十字路口的交通灯控制器基本要求如下:1、满足图2顺序工作流程图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为 NSR、NSY、NSG,东西方向的红、黄、绿灯分别为 EWR、EWY、EWG它们的工作方式有些必须是并行进行的,即南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮;南北方向黄灯亮,东西方向红 灯亮;南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮;南北方向红灯亮,东西方向黄红灯亮。
图2交通灯顺序工作流程图2、应满足两个方向的工作时序:即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时 间之和,南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和时序工作流程 图3所示图3中,假设每个单位时间为 3秒,则南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别 15秒、3秒、18秒,一次循环为36秒其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间 之和t」—_2_—_3_—_4_—」5j!0—”LNSGNSYTTNSREWREWG EWYI5t fc-t■ 6t■ •图3 交通灯时序工作流程图3、十字路口要有数字显示,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,置显示器为某值,然后以每秒减 1计数方式方式工作,直至减到数为“ 0”,十字路口红、绿灯交换,一次工作循环结束,进入下一步某方向地工 作循环例如:当南北方向从红灯转换成绿灯时,置南北方向数字显示为 18,并使数显计数器开始减“ 1”计数,当减到绿灯灭而黄灯亮时,数显的值应为 3,当减到“ 0”,时,此时黄灯灭,而南北方向的红灯亮;同时,使得东西方向的绿灯亮,并置东西 方向的数显为18扩展功能:1、 灯的转换可以手动调整,夜间为黄灯闪耀。
2、 用LED发光二极管模拟汽车行驶电路 当某一方向绿灯亮时, 这一方向的发光 二极管接通,并一个一个向前移动,表示汽车在行驶;当遇到黄灯时,移位发光二极管就停止,而过了十字路口的移位发光二极管继续向前移动; 红灯亮时,则另一方向转为绿灯亮,那么,这一方向的LED发光二极管就开始移位(表示 这一方向的车辆行驶)四、方案比较、设计与论证1电源提供方案为使模块稳定工作,须有可靠电源我们考虑了两种电源方案 方案一:米用独立的稳压电源此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可 供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平方案二:采用单片机控制模块提供电源 改方案的优点是系统简明扼要,节约成 本;缺点是输出功率不高综上所述,我们选择第二种方案2显示界面方案该系统要求完成倒计时、状态灯等功能基于上述原因,我们考虑了三种方案: 方案一:完全采用数码管显示 这种方案只显示有限的符号和数码字苻, 无法胜 任题目要求方案二:完全采用点阵式 LED 显示这种方案实现复杂,且须完成大量的软件 工作;但功能强大,可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等 方案三:采用数码管与点阵 LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出, 又要求有状态灯输出等,为方便观看并考虑到现实情况,用数码管与LED灯分别 显示时间与提示信息。
这种方案既满足系统功能要求, 又减少了系统实现的复杂 度权衡利弊, 第三种方案可互补一二方案的优缺, 我们决定采用方案三以实现 系统的显示功能3 输入方案: 题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理,我们讨论了两种方案: 方案一:采用 8155 扩展 I/O 口及键盘,显示等该方案的优点是: 使用灵活可编程,并且有RAM及计数器若用该方案,可提供较多I/O 口,但操 作起来稍显复杂方案二: 直接在 IO 口线上接上按键开关 因为设计时精简和优化了电路, 所以 剩余的口资源还比较多,我们使用四个按键,分别是 K1、K2、K3、K4 由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的 I/O 口就可实现, 且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二五、方案设计方案设计一1、 实训器材典型微机原理及接口应用实验系统 系统配置:1. 8255A 可编程并行接口芯片 1 片2.8253 可编程定时器 /计数器接口芯片 1 片3. 74LS48 (4位-7段LED显示译码驱动器) 1片4 . LED 显示灯 6 个(红、黄、绿各 2 个)5.指示灯 1 个6. LED 数码管显示器 2 个7 .开关 1 个8 .电阻 若干2、 实训内容及步骤1 .硬件设计( 1 )设计要求:设某十字路口由主行道和次行道组成,两条道各配有红、黄、绿交通灯,( 2 )任务分析及建议方案:交通灯参考硬件电路如图 IP4-1 所示。
① 8255A的B 口用于输出控制信号灯亮/灭的数据根据控制要求,各信号状态所需的数据, 如表 IP4-2 所示8255A的A 口输出计时显示的数值, 通过2个LED显示译码驱动器,分别将从PA3~PA0和PA7~PA4输出的8421BCD码转换成七段数码显示的段码值,从而显示两位计时值LED显示译码驱动器的转换功能如表 IP4-3所示王谨董灯CPU<^>主也虹灯圭声碟灯次澧虹好5.皿歸灯CPGATE,CLK.Z253OUT*—o~1图IP4-1交通灯硬件电路逻辑图② 整个装置的定时控制都由 8253实现利用8253的0计数通道,工作在方式 0,定时结束时的高电平信号由 PC5引入,供CPU检测8253是一个可编程的定时/计数器芯片,可通过编程设置其工作方式 8253有3个16位的 减法计数器,分别为通道 0、通道1和通道2,每个计数器都可独立工作每个计数器有 2个输入信号端 CLK和GATE,分别引入计数脉冲和控制信号; 1个输出端OUT用于输出一 个有效信号8253有6种工作方式,其功能如表 IP4-4所示8253的编程有两方面:一是初始化编程,即向 8253的控制端口写入通道控制命令字,用于选择计数通道和设置工作方式;二是写入计数初值。
8253的通道命令字由8位二进制位组成,各位的含义如图 IP4-2所示8253的计数初值,取决于所需计数和定时的多少如果用于对外部事件进行计数,计数初 值就是要计数的个数如果是用于对外部事件定时,则计数初值N =定时时间X CLK脉冲的频率交通信号灯装置中,设 CLK时钟频率为1KHz,由于计时显示的间隔时间为 1s各事件的定时时间要求及实现方法如表 IP4-5所示对8253进行编程需先将通道控制命令字写入其控制端口, 再将计数或定时所需的计数初值写入选择的计数通道选用方案设计二1实训器材74LS164 (8位移位寄存器)74LS90 (二一五一十进制计数器)74LS74(双D触发器)74LS168 (十进制可逆计数器)74LS11 (三一3输入与门)74LS04 (六反相器)74LS08 (四一2输入与门)74LS32 (四一2输入或门)74LS48 (显示译码器)LED (共阴极)555定时器若干电阻、电容2、实训内容及步骤电路图交通灯控制电路的系统框图如图 i所示:CP图i交通灯控制器系统框图Ln鼻|Qa Qb Qc QdID Q>C1 7T*黄灯驱 动电路光电检测电路Io Ii 控制电路 Qi Q2 Q3图I交通灯系统原理图3、 管脚图VCCRd图8.1 555定时器内部结构8|4JCdCRiVDisQ555TRVc oTH G726351(a) 555的逻辑符号(b) 555的引脚排列图8.2 555定时器逻辑符号和引脚555引脚功能:Vii( TH):高电平触发端,简称高触发端,又称阈值端,标志为 TH。
Vi2( TR ):低电平触发端,简称低触发端,标志为 TR Vco :控制电压端Vo:输出端Dis :放电端Rd :复位端74IS00引脚图逻辑图XQ1 J V XQo J 0 = XK1 = X K0=X时序CPX-TLrLrLrLTLrLrLrLrL 亠_r~ _i~ —-丁 Qir~i厂d Zn- 1 ? 0133^5^7A An A D DtrD[pddiit-- -匚二一o o 0 o&s>&MDo Di D? DaSQd Qg Qb Qa191QerLID Cll7e 74ls32管脚图CP1rc理a& A11btn9*a4>o--O°-f -: J r1 1—-1n11-14Aii Clp74ls04管脚图7474管脚图六、组装与调试要求1、 先测试集成电路是否正常2、 集成电路器件的插接和布线方法设计的电路在面包板上进行1) 插接集成器件时,使器件的缺口端朝左方,先对准插孔的位置,然后用力将其 插牢,防止集成器件管脚折断或弯曲2) 布线时,注意导线不要太长,最好贴近底板并在集成器件的周围走线,切记导 线跨越集成器件的上空,杂乱的在空中搭成网状数字电路的布线应整齐美观,这样既提高电路的可靠性,又便于检查排除故障或更换器件。
3)导线的连接顺序:先接固定电平端,如电源正极—红线,地线—黑色导线,门电 路的多余输入端及电平固定的某些输入端(如触发器的控制端 J K 端等),然后按照电路中信号的流向顺序对所划分的单元电路逐一步线、调试,最后将各单元连接起来七、故障排除八、心得体会九、总的电路图。