1、單片機(jī)紅綠燈設(shè)計(jì)目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc30919 第一章 主題背景 PAGEREF _Toc30919 1 HYPERLINK l _Toc11626 1.1 總結(jié) PAGEREF _Toc11626 1 HYPERLINK l _Toc29585 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的目的 PAGEREF _Toc29585 1 HYPERLINK l _Toc20250 第 2 章 項(xiàng)目論證 PAGEREF _Toc20250 2 HYPERLINK l _Toc25589 第三章原理圖及設(shè)備說明 PAGEREF _Toc25589 4 HYPERLINK l _To

2、c23213 3.1 組件清單 PAGEREF _Toc23213 4 HYPERLINK l _Toc5014 3.2 主要器件管腳圖及功能表 PAGEREF _Toc5014 4 HYPERLINK l _Toc6875 第 4 章 設(shè)計(jì)過程 PAGEREF _Toc6875 8 HYPERLINK l _Toc4992 4.1秒脈沖器8 PAGEREF _Toc4992 HYPERLINK l _Toc20707 4.2 控制器 PAGEREF _Toc20707 8 HYPERLINK l _Toc27319 4.3 倒計(jì)時及數(shù)顯模塊 PAGEREF _Toc27319 10 HYPE

3、RLINK l _Toc3958 4.3.1 原則 PAGEREF _Toc3958 10 HYPERLINK l _Toc20981 4.3.2原件選型及參數(shù) PAGEREF _Toc20981 10 HYPERLINK l _Toc8685 4.4 解碼器 PAGEREF _Toc8685 11 HYPERLINK l _Toc11931 4.6 綜合邏輯電路圖 PAGEREF _Toc11931 12 HYPERLINK l _Toc2563 第 5 章 模擬調(diào)試過程 PAGEREF _Toc2563 13 HYPERLINK l _Toc19936 第 6 章 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與收獲 PAGE

4、REF _Toc19936 1 4第一章主題背景1.1 總結(jié)紅綠燈系統(tǒng)是一個非常重要的環(huán)節(jié)。一個科學(xué)的紅綠燈管理系統(tǒng)，不僅可以盡可能保證交通的暢通，充分利用交通基礎(chǔ)設(shè)施，方便人們出行，還可以保障人們的出行安全。隨著交通工具的增多和人們出行量的增加，傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)顯然不能滿足實(shí)際需要。我國正處于高速發(fā)展、大變革的時代。隨著城市的不斷擴(kuò)大，農(nóng)村的空前發(fā)展，道路交通將會更加快速的發(fā)展，紅綠燈是道路的必需品，所以必須有大量的市場來服務(wù)社會的發(fā)展。通過對數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，我做出了這套紅綠燈產(chǎn)品，不能保證是最好的或者是最先進(jìn)的，但符合社會的需要，也是對自己學(xué)習(xí)的一種考驗(yàn)。關(guān)鍵詞：紅綠燈數(shù)字電子技術(shù)1

5、.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的目的(1)一般情況下，馬路上的綠燈亮，步道上的紅燈亮。（2）如果小道上有車，6秒后大道由綠變黃，4秒后大道由黃變紅，同時小道由紅變?yōu)榫G色。（3）步道變綠后，如果主干道上的車輛少于3輛，25秒后紅燈自動變?yōu)辄S燈，4秒后道路同時由紅燈變?yōu)榫G燈時間。（4）如果步道綠燈亮，且步道綠燈25秒未亮，只要高速公路檢測到3輛以上車輛等待，步道應(yīng)立即變黃，然后在 4 秒后變紅。與此同時，道路由紅色變?yōu)榫G色。第 2 章項(xiàng)目論證紅綠燈控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，主要由控制器、定時器、倒計(jì)時數(shù)顯、解碼器和秒脈沖信號發(fā)生器組成。第二脈沖發(fā)生器是系統(tǒng)中定時器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，控制正常工作時的黃燈和特殊情況

6、下數(shù)碼管的閃爍。解碼器輸出兩組信號燈的控制信號。驅(qū)動電路驅(qū)動信號燈工作后，控制器是系統(tǒng)的主要部分，控制解碼器的工作。T R ：表示A車道或B車道紅燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。當(dāng)時間到時，T R =1，否則，T R =0。TY：表示倒計(jì)時到 4秒。計(jì)時時間為TY=1，否則TY=0。圖2-1紅綠燈控制系統(tǒng)原理框圖紅紅黃黃綠綠紅紅圖2-2 紅綠燈運(yùn)行狀態(tài)圖雙向紅綠燈有4種運(yùn)行狀態(tài)，如圖2一般路口紅綠燈控制系統(tǒng)的工作流程如下：(1) A車道綠燈亮，B車道紅燈亮。表示A車道允許通過，B車道禁止通行。綠燈亮25s指定時間間隔，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，控制器控制解碼器進(jìn)入下一個工作狀態(tài)

7、。 (2) A車道黃燈亮，B車道紅燈亮。即A車道內(nèi)未通過停車線的車輛停車，已通過停車線的車輛繼續(xù)通過，B車道禁止超車。當(dāng)黃燈亮到規(guī)定的4s時間間隔時，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，控制器控制解碼器進(jìn)入下一個工作狀態(tài)。 (3) A車道紅燈亮， B車道綠燈亮。意思是A車道禁止通行，B車道上的車輛可以通行。當(dāng)綠燈亮25s指定時間間隔后，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，控制器控制解碼器進(jìn)入下一個工作狀態(tài)。 (4) A車道紅燈亮，B車道黃燈亮。即A車道禁止超車，B車道上通過縣級停車線的車輛停止超車，已經(jīng)通過停車線的車輛停止通過，已經(jīng)通過停車線的車輛繼續(xù)通過。當(dāng)黃燈亮4s指定時間間隔后，定時器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，控制器控

8、制解碼器進(jìn)入下一個工作狀態(tài)，即系統(tǒng)切換到（1）工作狀態(tài)狀態(tài)。紅綠燈上述四種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由控制器控制。假設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)和功能如下表所示。表2-1控制器工作狀態(tài)及功能表控制器狀態(tài)信號燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0 (00)S1 (01)S2 (11)S3 (10)A綠色，B紅色A黃色，B紅色A紅色，B綠色A紅色，B黃色車道 A 開放，車道 B 關(guān)閉車道 A 減速，車道 B 關(guān)閉車道 A 關(guān)閉，車道 B 開放A車禁止超車，B車道延誤控制器應(yīng)發(fā)送A、B車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡單起見，將車燈代號與車燈驅(qū)動信號合二為一

9、，作如下規(guī)定：H G=1：A車道綠燈亮；F G=1：B車道綠燈亮；H Y=1：A車道黃燈亮；F Y=1：B車道黃燈亮；H R=1：A車道紅燈亮；FR = 1：B車道紅燈亮；（H代表A車道，F(xiàn)代表B車道，G代表綠燈，Y代表黃燈，R代表紅燈）第三章原理圖及設(shè)備說明3.1 組件列表(1) 集成元件一個：74LS138、N555一個、74LS190兩個、74LS47兩個、D觸發(fā)器兩個、74LS11兩個、74LS21一個、74LS04兩個、兩個74LS08 件和 74LS27 件(2) 2個共陽極七段數(shù)碼管，2個紅色LED，2個黃色LED，2個綠色LED(3) 20 個 470 的電阻，3個 47K 和

10、1 個 10K (4) 兩個10F的電容和一個22F的電容開關(guān)單刀單擲開關(guān)一單刀雙擲開關(guān)一3.2 主要器件引腳圖及功能表圖 3-1 74LS138 引腳圖表 3-1 74LS138 功能表進(jìn)入輸出使能夠選擇G1G2*C乙一個Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7*1*111111110*1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111111圖 3-2 N555 引腳圖圖 3-3 74LS190 引腳圖圖 3-4 74LS190 邏輯

11、功能示意圖表 3-2 74LS190 功能表：進(jìn)入輸出C乙一個量子點(diǎn)質(zhì)量控制QB質(zhì)量保證0*d3d2d1d0d3d2d1d0100*計(jì)數(shù)101*倒數(shù)11*保持圖 3-5 74LS74 引腳圖表 3-3 74LS74 功能表進(jìn)入輸出公關(guān)CLR時鐘_D問問*01*1010*0100*1*1*1111011001110*Q0Q0*圖 3-6 74LS47 引腳圖表 3-4 74LS47 功能表十進(jìn)制數(shù)進(jìn)入BI/RBO輸出或功能LT打點(diǎn)DCBA一個bCdeFG0HH0 0 0 0H11111101HX0 0 0 1H01100002HX0 0 1 0H11011013HX0 0 1 1H1111001

12、4HX0 1 0 0H01100115HX0 1 0 1H10110116HX0 1 1 0H00111117HX0 1 1 1H11100008HX1 0 0 0H11111119HX1 0 0 1H111001110HX1 0 1 0H000110111HX1 0 1 1H001100112HX1 1 0 0H010001113HX1 1 0 1H100101114HX1 1 1 0H000111115HX1 1 1 1H0000000雙XXxxxx大號0000000打點(diǎn)H大號0 0 0 0大號0000000LT大號XxxxxH1111111第四章設(shè)計(jì)過程4.1秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是由5

13、55定時器組成的多諧振蕩器。由于控制系統(tǒng)以秒為單位，采用秒脈沖發(fā)生器，信號精度不高。這里選擇555定時器構(gòu)成。 555定時器構(gòu)成的第二個脈沖CP1的周期為：T0.7(R1+2*R2)*C，若T=1s，設(shè)C=10F，R1=47k ， R2= 47k 。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)如圖2所示。它向計(jì)數(shù)電路提供第二個定時CP脈沖，周期可由下式計(jì)算T1=(R1+R2)CLn2 (公式1)T2=R2Cln2 (公式2)T=T1+T2（公式 3）設(shè)置電路原理圖。原理圖和波形圖如下圖所示：圖 4-1 脈沖發(fā)生器示意圖4.2 控制器控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠根據(jù)交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

14、如下表所示。選擇兩個 D 觸發(fā)器 FF1 和 FFO 作為時序寄存器，產(chǎn)生 4 個狀態(tài)。控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件為 TR 和 TY。上電復(fù)位后，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1=00狀態(tài)時，如果TY=0，控制器保持在00狀態(tài)；如果 TY=1，控制器切換到 Q1n+1Q0n+1=01 狀態(tài)。這兩種情況與條件 TR 無關(guān)，因此用不相關(guān)的術(shù)語“ X ”表示。其余情況以此類推，狀態(tài)轉(zhuǎn)移信號ST也列于表中。表 4-1 控制信號燈工作狀態(tài)表進(jìn)入輸出當(dāng)前狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件次要狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號Q1nQ0n泰TRQ1n+1Q0n+1英石000沒有任何000001沒有任何01101沒有任何001001沒有任何11111

15、1沒有任何沒有任何11011沒有任何沒有任何10110沒有任何010010沒有任何1001圖 4-2 控制器電路圖其中，TR和TY是兩個74LS190輸出端邏輯組合形成的兩個輸出端，如下圖所示：圖4-3 74LS190輸出示意圖4.3 倒計(jì)時及數(shù)顯模塊4.3.1原則25s由單時鐘同步十進(jìn)制減法器 74LS190（2 片）實(shí)現(xiàn)。連接數(shù)碼管通過74LS47 （2個）解碼器輸出數(shù)據(jù)。4.3.2原設(shè)備選型及參數(shù)LS 190集成電路計(jì)數(shù)器。 74 LS 190 是十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，具有異步并行設(shè)置功能和保持功能。 74 LS 190沒有專用的清零輸入，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實(shí)

16、現(xiàn)清零功能。解碼器采用74LS47 （2個），倒計(jì)時顯示采用共陽極七段數(shù)碼管作為顯示，由計(jì)數(shù)器驅(qū)動，顯示計(jì)數(shù)器的輸出值。現(xiàn)在選擇兩個74 LS 190芯片級聯(lián)成一個從99倒數(shù)到00的計(jì)數(shù)器，即單位74 LS 190芯片的CLK接第二個脈沖發(fā)生器（頻率為1），然后單位74 LS 190芯片digit 74 LS 190 芯片輸出端的 QD連接到十位74 LS 190 芯片的 CLK。當(dāng)一位數(shù)減為 0 時，再次減 1 將變?yōu)?9。 0（0000）和9（1001）之間的QD由0變?yōu)?，十位74 LS 190芯片實(shí)現(xiàn)減一。圖4-4 數(shù)字顯示接法圖該管腳的輸入信號由十位74190芯片的QA 、 QB管腳

17、與帶六輸入或門的十位74190芯片的QA、QB、QC、QD連接。工作開始時，LD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為25 ，設(shè)置數(shù)后，LD變?yōu)? ，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時。當(dāng)?shù)褂?jì)時到 00 時，LD 再次變?yōu)?0，計(jì)數(shù)器預(yù)置為25 ，然后再次倒計(jì)時，以此類推。具體連接方法如下4.4 解碼器系統(tǒng)的輸出是由Q1Q0驅(qū)動的6個信號燈。各狀態(tài)與信號燈的關(guān)系如表5所示。電路圖如下圖所示。因此，得到的光信號與控制器狀態(tài)變量的關(guān)系為：（公式 7）（公式 8）（公式 9）圖 4-5 解碼器示意圖狀態(tài)CBAHGHY人力資源FG財(cái)年FRS0000011110S1001101110S2010110011S3011110101S41001

18、10110S5101110110S6110110110S7111110110表 4-2 74LS138D 功能表正常工作時，單刀雙擲開關(guān)撥低，系統(tǒng)工作在S0S3狀態(tài)。特殊情況下，單刀雙擲開關(guān)撥高，系統(tǒng)工作在S4S7狀態(tài)。在特殊情況和正常工作狀態(tài)之間切換時，采用單刀雙擲開關(guān)，其公共端和第二個脈沖信號連接到帶與非門的七段數(shù)碼管的陽極上進(jìn)行控制特殊情況下七段數(shù)碼管上的數(shù)字。閃爍。同時，單刀雙擲開關(guān)的公共端接非門，秒脈沖信號用與門接倒計(jì)時模塊的脈沖信號輸入端，實(shí)現(xiàn)保持功能。實(shí)際電路圖如下：圖 4-6 特殊功能電路圖4.6 集成邏輯電路圖圖 4-6 集成邏輯電路圖第五章 仿真調(diào)試過程在軟件調(diào)試過程中，我們遇到了以下問題：(1)在倒計(jì)時模塊設(shè)置中，借位端不能用于設(shè)置數(shù)，最后將六輸入或門連接到輸出端設(shè)置數(shù)。（2）在顯示解碼器選擇方面，一開始選擇的是7449（共陰極