单片机交通灯控制器Word格式文档下载.docx
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而她的性能必达到如下目的;
(1)一个周期64秒,平均分配,前32秒红灯亮,后32秒绿灯亮;
(2)在红灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2;
(3)在绿灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2;
(4)在黄灯闪烁期间,数码管同时倒计时显示,在此期间以外,数码管不亮。
为了完成交通灯控制电路的设计,方案如下:
一个脉冲信号发生器,一个二进制加法计数器,一个十进制减法计数器。
红灯与绿灯以及黄灯是否亮由二进制加法计数器的输出端状态决定。
因此,设计一个组合逻辑电路,输入是二进制加法计数器的输出信号,输出是发光二极管的控制信号。
因此需要一个组合逻辑电路,六个发光二级管电路,一个数码管显示电路。
其结构如下图:
其脉冲信号发生器由555构成,二进制加法计数器由七位二进制加法计数器构成,十进制减法计数器由74LS193可逆可预置十进制计数器构成,驱动器选用
74LS48。
(1),输入电路
输入电路图如下所示。
开始时,三极管由于去基极输入为低电平,是截止的,电源通过2个电阻队电容充电,2,6脚电位开始上升,当上升到2VCC/3时,电路状态发生翻转,内部泄放三极管由于其基极输入为高电平,所以饱和导通,电容器通过R1放电。
2,4脚电位开始下降,直至降到VCC/3,电路状态再次发生翻转,内部泄放三极管截止,电源再次队电容器充电。
这样周而复始,输出连续的矩形波信号。
理论可以推导出振荡器的频率:
f=1.43/|(2R1+R2)C
R=(R1+R2)/(2R1+R2)
(2),组合逻辑电路
本电路中的组合逻辑电路的输入信号为二进制计数器的输出信号Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,设计2信号的频率为1,而输出应为6个表示路口交通灯信号的发光二级管(一方为红绿黄灯DR1,DG1,DY1;
另一方红绿黄灯DR2,DG2,DY2)的控制信号,分别用LR1,LG1,LY1和LR2,LG2LY2表示,但注意到DR1和DG2的状态相同,DG1和DR2的状态相同,DY1和DY2DE状态相同,所以实际上只要3个输出信号即可,分别用L1,L2L3表示。
组合逻辑电路的输出信号L1,L2,L3与电路的输入信号Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2的关系用如下真值表表示:
编号
Q7Q6Q5Q4Q3Q2
L1L2L3
说明
0--15
00XXXX
100
红1绿2亮
16--23
010XXX
24--31
011XXX
101
红1绿2黄12良
32--47
10XXXX
010
红2绿1亮
48--55
110XXX
56--63
111XXX
011
红2绿1黄12亮
从以上可知:
L1=Q7'
,而要低电平有效,L1'
=Q7'
'
L2=Q7,而要低电平有效,L2'
L3=Q6Q5=(Q6Q5)'
考虑到黄灯需要闪烁,可以让L3信号和Q1信号加到一个而输入的与非门的2个输入端,输入信号为L4,
L4=(L3*Q1)'
当L3为0时,L4=1
当L3为1时,L4=Q1'
可见,需要L4低电平有效,这样L3为0时,黄灯不亮,L3为1时,黄灯闪烁。
有意思讨论可知,需要2个为输入的与非门,3个非门,为了节约器材,3个非门中的非门用与非门实现,另一个用三极管实现,这样正好可以用芯片74LS00,一个三极管构成的非门。
(三),数码管显示电路
数码显示电路如上图所示,他由芯片74LS193,七段数码器和74LS48组成,根据实验要求预置数为,所以74LS193的计数器预置数输入端:
P3=1,接高电平,P0=P1=P2=0,接低电平。
74LS48的16脚接电源+5v,8脚接地。
DCBA为8421BCD码管数据输入端,D为最高位,A为最低位。
abcdefg为7个输出端,分别接四线-七段译码器的7个输入端abcdefg,所接数码管必须是共阴极。
黄灯不亮时,即L3=0时,计数器需要处于预置数状态,即PL=0。
黄灯亮,即L3=1时,计数器需要处于技术状态,即PL=1。
可见,PL=L3。
黄灯亮时,Q3,Q2,Q1,Q0的输出由1000,0111.0110,0100,0011,0010,0001,0000一次变化,数码显示管数字同时由8一次递减至0。
经过观察所焊接电路板正常,将+5V的直流电源接入J1口。
经观察红绿黄灯的显示如下:
一个周期64秒,前32秒红灯亮,后32秒绿灯亮;
在红灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2;
在绿灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2;
黄灯闪烁期间,数码管能同时倒计时显示。
实验结果一切正常,实验成果。
(1)电阻的识别和焊接技巧:
黑(0)棕
(1)红
(2)橙(3)黄(4)绿(5)蓝(6)紫(7)灰(8)白(9)。
不同颜色对应相应数值。
先找标志误差的色环,从而排定色环顺序。
最常用的表示电阻误差的颜色是:
金、银、棕,尤其是金环和银环,一般绝少用做电阻色环的第一环,所以在电阻上只要有金环和银环,就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。
棕色环是否是误差标志的判别。
棕色环既常用做误差环,又常作为有效数字环,且常常在第一环和最末一环中同时出现,使人很难识别谁是第一环。
在实践中,可以按照色环之间的间隔加以判别
焊接技巧:
焊接时利用烙铁头对元件引线和焊盘预热,烙铁头与焊盘的平面最好成45度角,等待焊金属上升至焊接温度时,再加焊锡丝。
被焊金属未经预热,而是直接把焊锡加在烙铁头上,这容易导致虚焊。
在焊接前先将氧化的金属烙铁头刮亮后加热上锡,在使用完后断电之前也要再次上锡防止烙铁头氧化。
(二)555定时器:
555定时器是一块常用的集成电路,电路符号如左图,8为电源端VCC,1为公共端GND。
所加电源电压范围:
4.5V<VCC<18V,内部电路原理图如上面右图所示,内部有三个相同的分压电阻,每个电阻上的电压为1/3VCC。
两个比较器C1和C2,C1的比较电压为2/3VCC,C2的比较电压为1/3VCC,当比较电压“+”端电压大于比较器“—”端电压是,比较器输出高电平(其状态用1表示),当比较器“+”端电压低于比较器“—”端=电压是,比较器输出电平(其状态用0表示)。
G1,G2两个与单脉冲发生器,本电路中的单脉冲发生器直接利用实验板上的单脉冲发生器。
非门构成基本RS触发器,G3为输出缓冲反相器,起整形和提高带负载能力的作用。
T为泄放三极管,为外接电容提供冲放电回路。
利用555定时器设计电路时,主要是考虑如何让2和6的电位发生变化(外接信号或利用电容的充放电过程实现)而让定时器的输出状态发生变化,而设计成各种具有不同功能的电路。
实际555器件有小圆点对应的脚为1脚,逆时针方向依次为2,3,4,5,6,7,8号脚
(3)七位二进制计数器4024:
七位二进制计数器4024各脚功能如图所示,14脚为电源端,所接电源电压范围:
+3V-+15V,7脚接地GND。
2脚为复位端(清零端),高电平有效。
1脚为脉冲信号输入端,下降沿有效,Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七个数据输出端,Q7为最高位,Q1为最低位。
当输入脉冲信号后,计数器输出端的状态变化:
0000000-1111111。
(4)可预置十进制减法计数器74LS193:
74LS193外形结构为DIP16,其中(8)脚接GND,(16)脚接+5V电源。
1.CU--加计数脉冲信号输入端。
2.CD--减计数脉冲信号输入端。
3
3.Q3,Q2,Q1,Q0计数器数据输出端。
Q3为最高位,Q0为最低位。
4.P3,P2,P1,P0---计数器预置数输入端每当计数器处于预置数状态时,通过该输入端预置数,此时Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0。
5.MR--复位信号输入端,上升沿有效,即当MR从0跳到1时,计数器复位,此时Q3Q2Q1Q0=0000。
当MR=0时,计数器处于计数状态。
6.PL--预置数功能控制端,低电平有效,当PL=0时,计数器处于预置数状态,当PL=1时,计数器处于计数状态。
7.TCU--加计数进位信号输出端。
8.TCD--减计数借位信号输出端。
(五)四线--七段译码器74LS48:
LT为灯测试输入端,低电平有效,即当此灯为低电平且BI/RBO为高电平输出全为高电平,数码管内所有发光二极管全亮。
BI/RBO消隐输入/脉冲消隐输出,只要此端为低电平,输出全为低电平,数码管内所有发光二极管全不亮。
RBI;
脉冲消隐输入端,低电平有效。
当此端为低电平ABCD也同时为低电平时,输出全为低电平,数码管内所有发光二极管全不亮。
从以上结果知道,要让数码管正常显示0--9,3,4,5脚都要接高电平。
要让数码管显示1--9而不是0,则3接高电平,5接低电平,4悬空(电源通过电阻接4)。
1,理论知识与实际操作的差异:
就拿焊接来说,理论上明明已经知道应该用什么样姿势,从哪焊接,怎么样才能避免虚焊,但实际做起来很难,焊接时犹豫不决,导致原件温度过高;
烙铁一开过快,造成虚焊.......
2,了解许多以前不懂的知识,比如电阻的识别。
同时意识到实践不是理论上知识就能弥补的,他必须通过自己的实际操作,不停的自己摸索,才能逐渐上手。
同时基础的重要性得到充分体现,没有一个牢固的基础,看试简单的东西,做起来往往存在很多漏洞。
任何一个细节都值得我们反复推敲,反复实践才能得到答案。
参考文献
(1)童诗白华成英《模拟电子技术基础》:
第四章第六章,第七章.第四版.高等教育出版社,2006年
(2)阎石《数字电子技术基础.第五版》高等教育出版社2006年
附:
元器件表
编号
规格
R1
51K
R7
510
U2
4024
LED
红
J1
接口
R2
2M
R8
U3
74LS00
绿
R3
10K
R9
U4
74LS193
R4
C1
103
U5
74LS48
黄
R5
C2
104
DS1
数码管
R6
U1
555
Q
9013
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