一、設(shè)計(jì)指標(biāo)

1.1對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡要闡述

?????? 由一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個(gè)人口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號(hào)燈。

?????? （1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈，用傳感器或邏輯開關(guān)代替?zhèn)鞲衅髯鰴z測車輛是否到來的信號(hào)，設(shè)計(jì)制作一個(gè)交通燈控制器。

?????? （2）由于主干道車輛較多而枝干道車輛較少，所以主干道處于常允許通行的狀態(tài)，而支干道有車來才允許通行。當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈。而支干道允許通行亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。

?????? （3）當(dāng)主、支干道均有車時(shí)，兩者交替允許通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s。設(shè)立45s和25s計(jì)時(shí)顯示電路。

?????? （4）在每次由亮綠燈變成紅燈的轉(zhuǎn)換過程中間，要亮25s的黃燈作為過渡，以使行駛中的車輛有時(shí)間停到禁止線以外。設(shè)置5s計(jì)時(shí)顯示電路。

1.2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)要求

?????? 交通燈控制：

?????? （1）主干道亮綠燈時(shí)，則支干道亮紅燈，主干道通車，時(shí)間為45秒。

?????? （2）主干道亮紅燈時(shí)，則支干道亮綠燈，支干道通車，時(shí)間為25秒。

?????? （3）轉(zhuǎn)換時(shí)，綠燈先變?yōu)辄S燈，5秒后再變?yōu)榧t燈，同時(shí)另一方向道路的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。

1.2.2需求分析

?????? （1）實(shí)現(xiàn)主干道，支干道顯示的燈不同，可以把兩干道顯示的數(shù)碼管同時(shí)連在同一計(jì)數(shù)器上，實(shí)現(xiàn)45s，25s倒計(jì)時(shí)。

?????? （2）實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，可以采用減計(jì)數(shù)器。

?????? （3）實(shí)現(xiàn)按秒周期計(jì)時(shí)，可以用秒發(fā)生器。

二、單元電路的設(shè)計(jì)

2.1單元電路1的設(shè)計(jì)

?????? 555 定時(shí)器是一種多用途的模擬、數(shù)字混合集成電路 ,在波形的產(chǎn)生與變換、控制與檢測、家用電器以及電子玩具等領(lǐng)域等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用 。555定時(shí)器的驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，可以吸收和輸出200mA電流。555 定時(shí)器功能多樣 ,應(yīng)用廣泛 ,只要外部配上幾個(gè)阻容元器件即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。電路由一個(gè) 555 芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成 ,通過電阻給電容 C充電、放電的過程來產(chǎn)生振蕩 ,從而輸出矩形脈沖。

?????? 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用一片 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，其脈沖周期為 T= (2R2 + R1) Cln2

?????? 定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從0開始進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，向控制器提供定時(shí)信號(hào)。

?圖1?555定時(shí)器

2.2單元電路2的設(shè)計(jì)

2.2.1 74LS192

?????? 同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具有同步預(yù)置數(shù)端和異步清零端，可以直接級(jí)聯(lián)而無需外接電路，借位和進(jìn)位兩輸出端可級(jí)聯(lián)遞增計(jì)數(shù)和遞減計(jì)數(shù)，使用方便。

?表1 功能表

?????? 基于74LS192實(shí)現(xiàn)可倒計(jì)時(shí)數(shù)字鐘設(shè)計(jì)，數(shù)字鐘范圍為23時(shí)59分59秒，倒計(jì)時(shí)范圍為59分59 秒，同時(shí)該電路還可實(shí)現(xiàn)清零、校時(shí)、報(bào)時(shí)等功能。本文重點(diǎn)介紹了秒計(jì)數(shù)和分計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式以及在實(shí)現(xiàn)過程中產(chǎn)生的問題、原因、解決辦法。

??? (1)74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。

?? ◆A、B、C、D為輸入端，高電平有效。

?? ◆LOAD為置數(shù)端，低電平有效。

?? ◆CLR為清零端，復(fù)位端，高電平有效。

?? ◆UP為加計(jì)數(shù)端，上升沿有效。

?? ◆DOWN為減計(jì)數(shù)端，上升沿有效。

?? ◆OA、OB、OC、OD為輸出端。???????????????????????

?? ◆BO為借位輸出。?????????????????????????????

?? ◆CO為進(jìn)位輸出。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

??? (2)由74LS192構(gòu)成的25秒與45秒與5秒計(jì)數(shù)器電路如圖所示：

圖2? 74LS192計(jì)數(shù)器控制電路

?????? 左側(cè)的74LS192芯片為計(jì)數(shù)器的十位，右側(cè)的 74LS192芯片為計(jì)數(shù)器的個(gè)位，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端接到數(shù)碼顯示管的四個(gè)引腳上。位數(shù)的74LS192芯片的DOWN端接的是1HZ時(shí)鐘脈沖，即可倒計(jì)時(shí)。該芯片低電頻有效，所以芯片的UP端和LOAD端接 5V VCC電源。BO為借位端接作為十位數(shù)的 74LS192芯片的DOWN端。該計(jì)數(shù)器是由四位二進(jìn)制數(shù)實(shí)現(xiàn)的。25秒計(jì)數(shù)器十位為2，個(gè)位為5，十位轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)就是0100，個(gè)位為1010，所以十位B接高電平，A、C與D接地，個(gè)位A、C接高電平，B、C接地。需要倒計(jì)時(shí)，UP上升沿有效，個(gè)位十位UP接高電平。CLR為清零端，高電平有效，但是此計(jì)數(shù)器不需要清零，所以接地。

??? 45秒計(jì)數(shù)器與25秒計(jì)數(shù)器原理相同。45秒計(jì)數(shù)器十位為4，個(gè)位為5，十位轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)就是0010，個(gè)位為1010，所以十位C接高電平，A、B與D接地。個(gè)位與25秒計(jì)數(shù)器一致。

2.3單元電路3的設(shè)計(jì)

?????? 計(jì)數(shù)電路部分只能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，并不能控制紅綠燈的閃爍功能，為了實(shí)現(xiàn)該功能，該電源電路由1片74ls160和1片74ls138芯片組成，由于題目要求有4種計(jì)數(shù)狀態(tài)（45s-5s-25s-5s），由74ls160記錄計(jì)數(shù)電路倒計(jì)時(shí)完成后的4種狀態(tài)，使用74LS169十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成三進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，同時(shí)組合74LS138數(shù)據(jù)選擇器及與非門控制三個(gè)顏色交通燈的亮與滅。

圖3?仿真圖

2.4 感應(yīng)裝置設(shè)計(jì)

?????? 由于傳感器開關(guān)易受到周圍環(huán)境的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不適合展示，因此仿真與實(shí)物采用六腳開關(guān)代替?zhèn)鞲衅鏖_關(guān)，開關(guān)打開即模擬支路無車，一直顯示紅燈，關(guān)閉即支路來車，與主干道紅綠燈顯示相聯(lián)系，感應(yīng)電路如下圖4。

圖4?仿傳感器電路

4.1系統(tǒng)電路圖

?????? 系統(tǒng)仿真電路圖展示如下圖5。

圖5?整機(jī)電路圖

三、實(shí)物展示

????????實(shí)物焊接采取錫焊、飛線、杜邦線連接等三種形式，可更好地提高空間利用率，利用排針加杜邦線連接關(guān)鍵電路，具有較高的容錯(cuò)率，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)糾正方法較為簡單，實(shí)物展示圖如下：

圖5 實(shí)物展示

工程文件見：交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)（紅綠燈）-單片機(jī)文檔類資源-CSDN下載

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