基于数字电路交通灯设计.docx
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基于数字电路交通灯设计.docx
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一、设计课题:
交通灯信号灯控制电路
二、设计要求
1、用红、黄、绿三色发光二极管作信号灯,设计制作一个交通灯控制电
路。
2、当A道允许通行亮绿灯时,B干道亮红灯。
而B干道允许通行亮绿灯
时,A干道亮红灯。
3、两者交替允许通行,每次放行25秒。
4、在每次由亮绿灯变成红灯时的转换过程中间,要亮5秒黄灯作为过度,以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外。
5安装自己设计的电路并通电调试。
前 言
《数字电子技术》是一门发展迅速、实践性很强的电子技术专业基础课程。
数字电子技术已融入我们的生活。
因为数字电子技术有很强的灵活性。
交通灯信号灯与我们的生活紧密相关,设计交通灯信号灯的控制电路有很多方法。
用数字电子技术设计交通灯的控制电路就是其中一种。
由于数字电子技术的逻辑性很强,用它来设计交通灯的控制电路就比较容易设计出来。
而且数字电子技术芯片只要在一定范围内的输入,都能得到稳定的输出,调试起来就比较容易,电路的工作也会比较稳定。
这次我们设计的交通灯控制电路就是通过基本的一些数字芯片组合来对十字路口交通灯的六个不同信号灯的控制,另外还加以倒计时直观的显示。
以做到十字路口信号灯的仿真模型。
这个电路的设计看似起来较为复杂,但它也是有一些基本的电路组成。
只要些将实现整个电路的基本设计思路和方案确定下来,画出方框图再对各功能方框的电路进行设计,一步步突破,最后整理设计出整个电路的原理图来。
在此文档里已经对电路的详细设计过程介绍:
首先,给出我们设计的电路的方框图。
然后,对各功能电路的实现进行论证介绍。
第三,对各功能电路的电路设计进行了详细介绍。
最后,对电路的安装与调试进行了说明。
至此我们的课程设计也就完成了,但我们对电子知识和技能的学习与探索
j将永不停止。
目 录
课程设计任务
书······································
····················· 1
前
言······································
································ 2
一、方案论
证······································
······················· 4
1.1、脉冲发生器设计论
证·································
······ 4
1.2、定时器设计论
证·································
·········· 5
1.3、控制器设
计·································
··············· 6
1.4、信号灯的论
证·································
············· 6
1.5、译码驱动电路方案论
证·································
····· 6
1.6、数码显示器论
证·································
··········· 7
二、电路的设
计······································
····················· 8
2.1、秒脉冲的设
计·································
············ 8
2.2、定时器电路的设
计·································
········ 8
2.3、控制电路设
计·································
············ 8
2.4、信号灯的设
计·································
············11
2.5、译码显示电路设
计·································
·········11
三、电路的安装与调
试······································
··············12
四、设计总结和体
会······································
················ 13
参考文
献······································
····························14
附图一、电路原理
图······································
················ 15
附图二、PCB
图······································
···················· 16
一、 方案论证
用数字电子技术设计交通灯信号灯的控制电路基本思想如图1.1所示:
译码
驱动
定时器
脉冲发
生器
交通信
号灯
控制器
数码
显示
图1.1 交通信号灯控制模型图
下面将对各个部分进行论证:
1.1 脉冲发生器设计论证
由于定时器工作需要稳定的准确的时间脉冲,各部分也是在时间脉冲作用下进行有序的工作。
所以脉冲发生器使整个电路设计的第一部,设计好脉冲发生器也显得较为关键。
1.1.1方案一:
由TTL门电路组成对称多谐振荡器电路图如图1.2所示:
R2
G2
Uo
2
R1
G1
C1
C
图1.2 由TTL门电路组成对称多谐振动器
由于定时器将按秒计数,脉冲周期应为1秒。
按T≈1.1×R×C计算,R和C的值都将很大。
而且这里只能用无极性电容,无极性的容量没有很大的。
所以这种电路很能实现秒脉冲的发生。
1.1.2方案二:
用555定时器组成多谐振荡器
555定时器是一款非常实用的集成芯片,它经常被用来定时。
因为555定时器输出稳定,驱动能力强。
电路如图1.3所示:
R1
7
3
CP
R26
5
C2
C1
2
RESET VCC
DISCHG
OUT
THOLD
CVOLT55TR5IGGND
4
8
VCC
1
图1.3 由555定时器组成的多谐振荡器
所以脉冲发生器我们采用法案二设计电路。
1.2定时器设计论证
定时器实质上是对秒脉冲的计数。
由于交通灯是按倒计时显示的,所以使用倒计时计数芯片。
所谓倒计时计数是指进行减计数。
这里我们采用功能强大的74LS192芯片。
它是一块可预置数可逆计数芯片。
它的时序波形图如图1.4所示:
CLRLOADA
BCD
UPDOWN
QAQBQCQDCOBO
图1.4 74LS192的时序波形图
LOAD为置数控制端 A、B、C、D为数据输入口 UP为加计数脉冲输入
DOWN为减计数脉冲输入 QA、QB、QC、QD为数据输出 CO为加计数进位输出(低电平有效) BO为减计数进位输出(低电平有效)
题中要求倒计时25秒,可以是0-24秒倒计时也可以是1-25秒倒计时。
习惯上1-25秒更符合人的特点。
而且我们要进行25秒、20秒、5秒的不同时刻交通灯的控制,经过多次设计和仿真发现采用1-25秒更为方便。
1.3控制器设计
控制器是交通灯控制电路的核心。
控制器主要是通过定时器对定时器循环的控制和对交通灯的控制。
我们可以通过定时器的输出用一些由门组成的控制器进行控制。
1.4信号灯的论证
题中已要求采用发光二极管作信号灯,并且使用红、绿、黄三种颜色。
为了更逼真我们将在各条通道上使用两组相同灯作为各个方向的交通信号灯,而且从各个方向看去灯的从左到右的顺序为绿、黄、红排列。
如图1.5所示
绿黄红
红黄绿
红黄绿
绿
黄红
图1.5 信号灯的布局
1.5译码驱动电路方案论证
这里的译码是把定时器输出的BCD码译成数码管显示的符号代码。
它不仅要能译码还要有一定的驱动能里。
由此我们选用了驱动能力强的74LS248。
其功能引脚图如图1.6所示:
(a)
(b)
图1.6 74LS248功能引脚图
(a)引脚图 (b)功能图
1.6数码显示器论证
译码驱动电路的输出是高电平有效,所以要选用共阴数码管。
二、电路的设计
2.1、秒脉冲的设计
由前面的方案论证,我们采用了555芯片组成多谐振动器,而且对占空比没定性要求。
由公式
T=0.7(R1+2R2)C
计算。
根据电容的常用标称值,当C=47μF时R1+2R2=30.395kΩ。
可取
R1=10K,R2=10K
。
用电脑仿真发现周期为0.99秒,基本符合要求。
2.2、定时器电路的设计
由于要显示2位数,所以需要2片74LS192级联组成。
当减到00时让芯片置数成25,这样第00秒将显示25而不会显示00。
第0秒时定时器输出将是
0000和0000。
我们注意到十位显示只显示0、1、2,也就是只使用低位的两根线就行了,高位两根将一直输出00。
这样我们只要对六根输出线进行同时或在控制定时计数芯片置数。
有与定时计数芯片跳到00000000时就进行了置数,所以输出在极短的时间内又跳到置数数25。
从74LS192的时序逻辑图中可以看出,它是在计数脉冲的升沿时进行的相应动作,所以当它置数后要等到下一秒钟的上升沿到来时再进行一次减计数。
由于没有找到六输入的或门,我们发现可以使用两个3输入或非们和一个与非门,即
A+B+C+D+E+F=(A+B+C)·(E+D+F)
通过查阅74系列的资料后,我们找到了74LS27二2输入或非门和74LS00四2
输入与非门。
由此我们设计电路图如图2.1所示:
1
2U7A12
13
74L
3
1
4U7B5
D
74LS27
74LS00
U3
74LS192
U4
74LS192
vcc
CP
14CLR
12
13
3
2
6
7
COBO
QAQBQCQD
5UP
4DWN
11LD
15A
1B
10
CD
9
14CLR
12
13
3
2
6
7
COBO
QAQBQCQD
5UP
4DWN
11LD
15A
1B
10C
9D
S271
2
613
U5
vcc
图2.1 定时器电路图
2.3、控制电路设计
我们假定高电平表示该灯亮,低电平表示该灯灭,用L表示绿灯,Y表示黄灯,H表示红灯,1表示1条车道,2表示另一条车道。
根据设计要求,我们画出信号灯的时序逻辑图如图2.2所示:
公公 25
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- 基于 数字电路 交通灯 设计