基于中小規(guī)模集成電路的數(shù)字交通燈畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　設(shè)計(論文)題目:基于中小規(guī)模集成電路的</p><p>　　數(shù)字交通燈 </p><p>　　專 業(yè): 通信技術(shù) </p><p>　　班 級: </p>&l

2、t;p>　　學(xué) 號: </p><p>　　姓 名: </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　二ΟΟ八年十二月三十日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教

3、師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要1</b></p><p><b>　　第1章　緒　論2</b></p><p>　　第2章　總體方案設(shè)計3</p><p&g

4、t;　　第3章　單元電路的設(shè)計4</p><p>　　3.1　倒計時計數(shù)器4</p><p>　　3.2　信號燈轉(zhuǎn)換器6</p><p>　　3.3　黃燈閃爍控制9</p><p>　　第4章　仿真過程與效果分析10</p><p><b>　　總　結(jié)12</b></p>

5、<p><b>　　致　謝14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p>　　附　錄　系統(tǒng)總體電路圖16</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字科技得到飛速

6、發(fā)展，幾乎遍及方方面面。數(shù)字電路不僅能進(jìn)行數(shù)值運算，進(jìn)行邏輯判斷和運算，而且工作可靠性高，抗干擾性強，所以本次設(shè)計采用數(shù)字電路?，F(xiàn)在化的大城市交通越來越繁忙，交通燈的出現(xiàn)極大地緩解了交通壓力。</p><p>　　交通燈的設(shè)計比較實用，易于理解。結(jié)合制作交通燈的一般原理，再在本次試驗設(shè)計要求的框架，充分發(fā)揮自己的想象，設(shè)計出自己的方案：一種簡單的交通燈的模型。</p><p>　　關(guān)鍵詞　

7、交通燈；交通控制；數(shù)字化</p><p><b>　　第1章　緒　論</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口和汽車急劇增長，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。特別是許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長

8、和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。交通燈作為指揮工具，對維持路面狀況的穩(wěn)定，保證車輛的暢通起到了很大的作用。盡管如此，交通問

9、題仍然存在，如何妥善解決交通問題，尋求人、車、路三者協(xié)調(diào)，以成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。</p><p>　　另一方面，自20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字科技得到飛快發(fā)展，在電子計算機、通信、自動控制、電子測量、雷達(dá)、導(dǎo)航、工業(yè)交通等方面得到廣泛的應(yīng)用。隨著計算機通信網(wǎng)、各種數(shù)據(jù)網(wǎng)、電子商務(wù)網(wǎng)、金融網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字語音和圖像網(wǎng)絡(luò)的開通，數(shù)字技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人民

10、生活的方方面面。數(shù)字化已成為衡量一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民生活的一個重要標(biāo)志。</p><p>　　值得一提的是，為迎接2008年北京奧運會，歡迎世界各地得人來華觀賽，北京市投入大量資金建立了大量的交通燈以維持路面的順暢。由此可見，交通燈的普遍和實用性。交通燈的設(shè)計與制造，貼近我們的日常生活，這樣易于我們接受，同時需要運用了數(shù)字電路得知識，于現(xiàn)代社會科技相接軌，一舉兩得。</p><p>

11、;　　第2章　總體方案設(shè)計</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2-1所示。整個系統(tǒng)可以分為4個模塊，秒脈沖信號發(fā)生器、倒計時計數(shù)電路、信號燈轉(zhuǎn)換器和信號顯示器組成。秒脈沖信號發(fā)生器是該系統(tǒng)中倒計時計數(shù)電路和黃燈閃爍控制電路的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，倒計時計數(shù)器輸出兩組驅(qū)動信號T5和T0，經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器控制信號燈工作，倒計時計數(shù)電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號燈轉(zhuǎn)換器的工作。</p><

12、p>　　圖2-1　交通燈控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)框圖分析數(shù)字交通燈的幾個模塊：秒脈沖選用74190芯片產(chǎn)生秒脈（頻率為1Hz）。倒計時計數(shù)器中的顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值，而計數(shù)器選用集成電路74190進(jìn)行設(shè)計從而實現(xiàn)其計數(shù)功能。信號燈轉(zhuǎn)換器的設(shè)計可以采用集成計數(shù)器74163，也可以采用JK觸發(fā)器組成。然而無論從原理還是從接法畫線上，采用JK觸發(fā)器組

13、成的信號燈轉(zhuǎn)換器都是比較簡單易懂，工作效率高，而且不容易出錯。</p><p>　　第3章　單元電路的設(shè)計</p><p>　　3.1　倒計時計數(shù)器</p><p>　　十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1，計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“5”和“0”，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作

14、循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計時過程中計數(shù)器還向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0。</p><p>　　倒計時顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值。</p><p>　　計數(shù)器選用集成電路74190進(jìn)行設(shè)計較簡便。74190是十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB

15、、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實現(xiàn)清零功能。</p><p>　　表3-1　74190的狀態(tài)表</p><p>　　圖3-1　兩個74190芯片級聯(lián)成的計數(shù)器</p><p>　　現(xiàn)選用兩個74190芯片級聯(lián)成一個從99倒計到00的計數(shù)器，其中作為個位數(shù)的74190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器（頻率為1），再把個位數(shù)74190芯片輸出端的QA、QD用一個與門連起來，再接在

16、十位數(shù)74190芯片的CLK端。當(dāng)個位數(shù)減到0時，再減1就會變成9，0（0000）和9（1001）之間的QA、QD同時由0變?yōu)?，把QA、QD與起來接在十位數(shù)的CLK端，此時會給十位數(shù)74190芯片一個脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。具體連接方法如圖3-1所示。</p><p>　　信號LD由兩個芯片的8個輸出端用或門連起來，決定倒計時是置數(shù)，還是計數(shù)。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計數(shù)器開

17、始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計時，如此循環(huán)下去。</p><p>　　圖3-2　預(yù)置數(shù)（即車的通行時間）功能</p><p>　　預(yù)置數(shù)（即車的通行時間）功能：如圖3-2所示，8個開關(guān)分別接十位數(shù)74190芯片的D、C、B、A端和個位數(shù)74190芯片的D、C、B、A端。預(yù)置數(shù)的范圍為6～98。假如把通行時間設(shè)為45秒，就像圖3-1的接法，A接0，B

18、接1，C接0，D接0，E接0，F(xiàn)接1，G接0，H接1。（接電源相當(dāng)于接1，懸空相當(dāng)于接0）</p><p>　　圖3-3　定時信號的具體連接方法</p><p>　　向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0：</p><p>　　T0表示倒計時減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時間，因為到00時，計數(shù)器重新置數(shù)），T0=1，此時T0給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)

19、生轉(zhuǎn)換，一個方向的綠燈亮，另一個方向的紅燈亮。接法為：把兩個74190計數(shù)器的8個輸出端用一個或非門連起來。</p><p>　　T5表示倒計時減到數(shù)“05”時。T5=1，此時T5給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“05”（0000　0101）時，把十位計數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD連同個位計數(shù)器的輸出端QB、QD用一個或非門連起來，再把這個或非門與個位計數(shù)器

20、的輸出端QA、QC用一個與門連接起來。具體連接方法如圖3-3所示。</p><p>　　3.2　信號燈轉(zhuǎn)換器</p><p>　　兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以暫時先不考慮)，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4　兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)</p><p>　　信號燈狀態(tài)與車道運

21、行狀態(tài)如下：</p><p>　　S0：東西方向車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行</p><p>　　S1：東西方向車道的黃燈亮，車道緩行，人行道禁止通行；南北方向車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行</p><p>　　S2：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；南北方向車道的綠燈亮，車道通行，人行

22、道禁止通行</p><p>　　S3：東西方向車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；南北方向車道的黃燈亮，</p><p>　　車道緩行，人行道禁止通行</p><p>　　Ga=1：東西方向車道綠燈亮</p><p>　　Ya=1：東西方向車道黃燈亮</p><p>　　Ra=1：東西方向車道紅燈亮，人行道綠燈亮；

23、南北方向人行道紅燈亮</p><p>　　Gb=1：南北方向車道綠燈亮</p><p>　　Yb=1：南北方向車道黃燈亮</p><p>　　Rb=1：南北方向車道紅燈亮，人行道綠燈亮；東西方向人行道紅燈亮</p><p>　　信號燈轉(zhuǎn)換器方案一：</p><p>　　若選集成計數(shù)器74163，74163是一個具有同步

24、清零、同步置數(shù)、可保持狀態(tài)不變的4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器。表3-2是它的狀態(tài)表。</p><p>　　表3-2　74163的狀態(tài)表</p><p>　　設(shè)狀態(tài)編碼為：S0=0000　S1=0001　S2=0010　S3=0011，則其狀態(tài)表為：</p><p>　　表3-3　狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表</p><p><b>　　電路接

25、法如下：</b></p><p>　　圖3-5　由74163組成的信號燈轉(zhuǎn)換器</p><p>　　信號燈轉(zhuǎn)換器方案二：</p><p>　　若選JK觸發(fā)器，設(shè)狀態(tài)編碼為：S0=00　S1=01　S2=11　S3=10，其輸出為Q1 Q0，則其狀態(tài)表為：</p><p>　　表3-4　狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表</p>

26、<p><b>　　電路接法如下：</b></p><p>　　圖3-6　由JK觸發(fā)器組成的信號燈轉(zhuǎn)換器</p><p>　　對方案一和方案二進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)方案二無論是從原理還是從接法畫線上，都是比較簡單易懂，工作效率高，而且不容易出錯。故信號燈轉(zhuǎn)換器選擇方案二的接法，即用JK觸發(fā)器進(jìn)行信號燈的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.3　黃燈

27、閃爍控制</p><p>　　要求黃燈每秒閃一次，即黃燈0.5秒亮，0.5秒滅，故用一個頻率為2的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個與門連進(jìn)來，再接到黃燈。</p><p>　　第4章　仿真過程與效果分析</p><p>　　根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有4個時間顯示器，10個交通燈。但由于4個時間顯示器是由同一個倒計時計數(shù)器控制，所以我在設(shè)計圖3-7電路的過

28、程中，為了簡化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1個時間顯示器。</p><p>　　另外由于人行道的紅綠燈跟車道的紅綠燈是同步的，分別是：東西方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接南北方向車道的紅燈；南北方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接?xùn)|西方向車道的紅燈。所以在圖3-7電路中就只接了6個燈。</p><p>　　為了使電路更加直觀，我把計數(shù)器、信號燈燈轉(zhuǎn)換器等放在一個名為main的子電

29、路中。然后再在子電路外面接輸入端和輸出端。具體如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8　仿真電路圖</p><p>　　點擊啟動按鈕，然后再打開總開關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時間設(shè)為45秒，打開總開關(guān)，東西方向車道的綠燈亮，人行道的紅燈亮；南北方向車道的紅燈亮，人行道的綠燈亮。時間顯示器從預(yù)置的45秒，以每秒減1，減到數(shù)5時，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且

30、黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。減到數(shù)1時，1秒后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的45秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，人行道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈；南北方向車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈，人行道的綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈。如此循環(huán)下去。</p><p>　　修改通車時間為其它的值再進(jìn)行仿真（時間范圍為6~98秒），效果同上面所說的一樣，總開關(guān)一打開，東西方向車道的綠燈亮，時間倒計數(shù)5，車燈進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，到0秒時又進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且時間重置為預(yù)置的數(shù)值，如

31、此循環(huán)。</p><p><b>　　總　結(jié)</b></p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我總共想過兩個方案，另一個方案弄了兩天，結(jié)果總是實現(xiàn)不了題目的要求。所以我又花了一天的時間做出這個方案，這個相對另一個方案比較簡單，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。這個方案總共只用了四個芯片，分別為2個74190計數(shù)器，

32、2個JK觸發(fā)器。</p><p>　　在設(shè)計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。所以這幾天不管是吃飯還是睡覺，腦子里總是想著如何解決這些問題，如何想出更好的連接方法。不過說也奇怪，整天想著這些問題，腦子和身體卻一點都不會覺得累?；蛟S是那種渴望得到知識的欲念把疲勞趕到九霄云外去了吧！</p><p>　　我沉著做畢業(yè)設(shè)計同時也是對課本

33、知識的鞏固和加強，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完畢業(yè)設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，主要是因為沒有動手實踐過吧！認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。故一個小小的畢業(yè)設(shè)計，對我們的作用是如此之大。</p><p>　　經(jīng)過三個多月的努力，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從

34、開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計為我們的社會付出。我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機會能有實踐的機會。我想說，確實很累，但當(dāng)我看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮；正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可

35、以為社會作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計的工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。某個人的離群都可能導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們設(shè)計成功

36、的一項非常重要的保證。而這次設(shè)計也正</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項目。</p><p>　　在此，感謝潘鋒老師的細(xì)心指導(dǎo)，也同樣謝謝其他各組同學(xué)的無私幫助！</p><p><b>　　致　謝&l

37、t;/b></p><p>　　經(jīng)過近三個多月的畢業(yè)設(shè)計，在**老師的指導(dǎo)下本人順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計，通過這次設(shè)計使本人受益匪淺。本設(shè)計中包括了秒脈沖信號發(fā)生器、倒計時計數(shù)電路、信號燈轉(zhuǎn)換器和信號顯示器四部分組成。數(shù)字電路、電子技術(shù)、EDA技術(shù)等多領(lǐng)域知識這次設(shè)計是對大學(xué)兩年來的學(xué)習(xí)知識系統(tǒng)化、深層次化，得以靈活的應(yīng)用。通過這次設(shè)計學(xué)會了分析問題、處理問題的方法，可以說達(dá)到了舉一反三的目的。為以后工作、學(xué)

38、習(xí)都打下了比較堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　在此次設(shè)計過程中，**老師在百忙之中給予了我精心的輔導(dǎo)和指點，幫助我解決許多難點，疑點，使我對理論知識與實踐知識達(dá)到有機的結(jié)合。在此我要向我的指導(dǎo)師潘鋒老師示以最衷心的感謝！另外，本設(shè)計也得到了其它老師、同學(xué)的支持和幫助，謹(jǐn)在此一并感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&g

39、t;　　[1]　張克龍．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，1998[2]　廖常初．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)（第三版）．重慶：重慶大學(xué)出版社，2000[3]　廖常初．PLC編程及應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[4]　王永華等編．現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版，2003</p><p>　　[5]　黃云龍等編．可編程控制器教程．北京

40、：科學(xué)出版社，2003</p><p>　　[6]　袁任光．可編程序控制器選用手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[7]　陳宇編．可編程序控制器基礎(chǔ)及編程技巧．廣州：華南理工大學(xué)出版社.[8]　鐘肇新，彭侃編譯.可編程序控制器原理及應(yīng)用（第二版）.廣州：華南理工大</p><p>　　學(xué)出版社，1997[9]　陸寶春等編．電氣與可編程序控制

41、器技術(shù)．南京：南京理工大學(xué)出版社，2000[10]　廖常初編．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)．重慶：重慶大學(xué)出版社，1996[11]　《中國集成電路大全》編委會．TTL集成電路.北京：國防工業(yè)出版社，1985[12]　方佩敏編．新編傳感器原理應(yīng)用電路詳解．北京：電子工業(yè)出版社，1995[13]　趙負(fù)圖主編．光電檢測控制電路手冊．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003[14]　李科杰．新編傳感器技術(shù)手冊．北京：國防科技出版社，2002[15]