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其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;
黄灯亮表示停止;
绿灯亮表示允许通行。
他们的工作方式,有些事并行进行的,即南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮;
南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮;
南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮;
南北方向红灯亮,东西方向黄灯亮。
这样自动的交通灯就方便车辆通行了,而实际生活中的交通灯也就是这种方式,才能顺便的控制车流和交通情况。
关键字:
交通灯、自动、指挥
目录
前言·
·
4
第一章设计内容及要求·
5
第二章系统设计方案选择
2.1方案一·
6
2.2方案二·
6
第三章系统组成及工作原理
3.1系统组成·
7
3.2工作原理·
8
第四章单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1交通灯控制电路·
9
4.2触发脉冲电路·
10
第五章实验调试及测试结果与分析·
11
收获和体会·
12
参考文献·
13
附录一·
14
附录二·
16
附录三·
17
前言
电子课程设计是电子技术学习中非常的一个环节,是将理论知识和实践能力相统一的一个环节,是真正锻炼学生能力的一个环节。
交通灯能保证行人过马路的安全,控制交通状况等优点在现今社会起到了不可估量的作用,而它的原理更应用到了许多的行业和场合。
交通灯是根据节拍分配器的工作原理来设计的。
红灯停,绿灯行的交通规则,广泛用于十字路口,车站,码头等公共场所,成为人们出行生活中不可或缺的东西,由于现代科技的飞速进步和发展,使得交通灯的多样化得到了补充,大大的扩充了交通灯在现实生活中带来方便。
诸如闪烁警示,鸣笛警示,时间程序自动控制,倒计时显示等,还可以根据主、次干道的车流量交通状况的不痛来任意设置各自的通行时间,或者给红绿色盲声音警示的任性化设计。
现在的交通灯都增加了智能的控制环节,比如给闯的车辆拍照。
当某方向的红灯亮的时候,此时相应的传感器开始工作,当有车辆通过时,照相机就把车辆拍下。
在现实生活中,我们更需要更多这样的适合人们方便的交通灯设计,当然不光是这方面,其他方面的科技发展也在日益的充实着人们的生活,为人们提供了很大的方便。
在如今的生活中,交通灯的设计已经很满足如今社会的需求了,更何况飞速发展的科技更比我们学生的思维来的快的多了。
但其中的逻辑思维和各方面的知识仍然很需要我们去深入的学习和研究,再加上这样电子设计比较方面,所需要的器材也很齐全,容易设计,所以我认为很值得在电子课程设计中去通过自己的努力去完成这个项目。
数字信号在交通控制方面所占的比重也越来越来重。
通过以下简易的交通灯的电路设计,可以清楚的了解数字电路的工作原理、设计方法以及应用。
此外,可以通过数字电路方面的只是,在简易交通灯电路上进行要求更搞,使用更广,难度更大的技术性方面的开拓性的研究和发展。
第一章设计任务和要求
设计一个循环节拍分配器电路——简易交通灯电路
基本要求:
(1)、3个输出端分别表示红、绿、黄三灯,交通灯亮的顺序是红、黄、绿、红、黄、绿单向循环点亮。
(2)、输出用发光二极管显示。
(3)、三种灯亮的时间是红、绿灯每次亮10秒,黄灯每次亮5秒。
提高要求:
(1)、有3个输出端分别表示红、绿、黄三灯,交通灯亮的顺序是红、黄、绿、黄、红一次循环点亮。
(双向循环)
(2)、具有手动控制功能,能使某种颜色的灯亮时间为定值。
设计提示:
利用节拍分配器原理设计此电路,由计数器和译码器实现红绿灯按红、黄、绿、黄、红顺序依次循环。
计数器由统一的时钟脉冲控制,本次实验红灯、绿灯月黄灯亮的时间比为2:
1,故可利用译码器的两个输出管脚表示红灯及绿灯,一个输出管脚表示黄灯,通过改变CP频率,即可实现实验要求。
此外,加入控制信号P使CP=CP1*P,则当P=1时,实现自动控制;
当P=0时,实现手动控制。
方案一:
本方案包括三个部分:
状态锁存电路,触发脉冲电路,计时器控制电路三个大的部分。
本方案在交通灯的模拟下实现了交通灯的基本工作方式,当一方向的绿灯亮着时,另外一路的红灯亮着,随后绿灯变为黄灯,另外一路仍旧是红灯,而当该方向里的黄灯变成红灯时,另外一路变为绿灯,一直这样循环下去。
在计时器的现实里采用的是74L248控制的2个计数器,能很准确的显示红绿灯持续的时间。
也有些不足的地方,就比如秒脉冲在没有计数器的情况下不稳定,而且频道也比较的快,在实验中管擦现象的时候会看不到很明显的现象,另外计时器的环节也需要许多的改进。
方案二:
方案二是在方案一的情况下的一些改变,由于在计时器方面的器件比较少,所以把显示倒计时方面的电路去掉,同时在秒脉冲的后面接上74LS161计数器以便在秒脉冲触发的时候控制端得到的脉冲频率比秒脉冲发生的成比例。
它具体的内容包括秒脉冲和分频器、交通灯控制电路、手动夜间控制这几个部分。
在秒脉冲后面接上计数器后在实验部分观察现象的时候就可以很清楚的看到交通灯的绿黄红灯交替循环的亮了。
将两方案相对比较,方案一的电路相对比较复杂,但是有显示那么一块使得交通灯的设计更人性化了。
但是在脉冲发生器的环节上有明显的不足,使得实验过程会比较的棘手。
方案二是在方案一的基础上做的改变,电路明显简化了许多,但是它在交通灯的电路里更加稳定了,使得在实验中更加的方便的进行,所以我们选择方案二。
第三章系统的组成和工作原理
3.1系统的组成
本系统主要由秒脉冲电路、控制器部分、灯控制器部分、和发光二极管的显示部分来组成的电路。
1.秒脉冲电路
秒脉冲发生器是由555芯片发生的秒脉冲电波,由于秒脉冲是一秒发生一次的,所以速率比较大,在秒脉冲发生器的后面接上一个可预置的计数器,这样到达控制电路的164芯片的脉冲就相对时间长了,这样才可以实现绿、黄、红灯亮的时间5:
1:
6到实验台上管擦的出来。
秒脉冲经过计数器输入给74LS164,这样74LS164每6秒向前移一位(计数一次)。
2.控制器部分
它由74LS164组成扭环计数器,然后经译码后,输出数字路口南北、东西两个方向的控制信号。
其中黄灯信号须满足闪耀,在夜间时,使黄灯闪亮,而绿灯、红灯灭。
3.显示控制部分
交通灯的显示用发光的二极管来实现,南北方向和东西方向各绿、黄、红灯三个发光二极管。
当接上电源后,三个发光二极管一次循环的亮灯,先是东西方向的绿灯和南北方向的红灯工作,再是东西方向的黄灯和南北方向的红灯工作,随后是东西方向的红灯和南北方向的绿灯工作,一次交替的进行。
当打开夜间模式的时候,黄灯一直闪烁,其他灯不亮。
3.2工作原理
1.秒脉冲
因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮的时间比例分别为5:
6,所以,若选4秒为一时间单位,则计数器每记4秒输出一个脉冲。
南北向绿灯亮,东西向红灯亮——占5t
南北向黄灯亮,东西向红灯亮——占1t
南北向红灯亮,东西向绿灯亮——占5t
南北向红灯亮,东西向黄灯亮——占1t
图3.2.1交通灯顺序工作流程图
2.交通灯原理图
东西方向EW
南北方向NS
交通灯的控制系统框图如下所示
系统控制电路
》=1
手动夜间控制
脉冲
4.1交通灯控制电路
计数器每次工作的循环周期为12,所以可以选用十三进制计数器。
计数器可以用单触发器组成,也可以用中规模集成计数器。
这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形十二进制计数器。
扭环形计数器的状态表如下表。
表3.2.1扭环形计数器状态表
CP
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
NSG
NSY
NSR
EWG
EWY
EWR
1
2
3
9
根据状态表我们不难列出东西方向和南北方向绿、黄、红灯的逻辑表达式:
、
东西方向南北方向
绿:
EWG=Q1*Q5绿:
NSG=Q4*Q5
黄:
EWY=Q4*Q5黄:
NSY=Q4*Q5
红:
EWR=Q5红:
NSR=Q5
图4.1交通控制电路
4.2触发脉冲电路
秒脉冲电路时由555脉冲发生器产生的脉冲电路,它是每秒产生一个信号
图4.2秒脉冲发生电路
我们可以改变2个电阻和电容的大小来控制它产生脉冲的频率,以便来控制交通灯控制信号从而控制控制灯亮的时间。
在时间的控制上,首先是由一个555芯片产生一个秒脉冲信号,再经过74LS161产生8秒的的脉冲信号,如下图所示
图4.3交通灯的信号发生器
第五章实验、调试及测试结果与分析
在实验前首先是对电路的设计和一系列的系统分析,首先必须在软件里的模拟上取得实验的成功,才可以对实验开始操作。
在实验的过程中,首先是把电路连接好,在连接后发现并没有现象产生,在确定电路连接无误的情况观察是否可以看到实验预期的现象,其中便包括东西南北六个交通灯的亮的程序并不按照预期的情况那么的闪烁,灯虽然能亮,但是不按照设计的那样一次循环。
闪烁很快,得出的结果是秒脉冲的产生的频率过于快,所以看不到明显的效果。
用试验箱上的信号代替使用时发现验证时正确的,所以必须修改秒脉冲发生器的相关电阻和电容的参数。
在解决完秒脉冲发生之后可以很明显的发现东西方向的绿灯亮,南北方向的红灯亮;
东西方向的黄灯亮,南北方向的红灯亮;
东西方向的红灯亮,南北方向的绿灯亮;
东西方向的红灯亮,南北方向的绿灯亮,一次交替循环。
手动控制的夜间模式也在实验中可以很明显的看到夜间东西和南北方向的黄灯一直闪烁。
本次实验虽然在数字显示的方面由于器件不足没有顺利的完成之外,还算是比较成功的一才实验。
第五章收获和体会
这是比较系统一次电子电路的设计,包括设计,模拟,和实验一体的实验,也是将理论知识和实际动手的能力提现在一起的一次实验。
在本次实验之前,由于之前我们并没有做过这种类型的实验,所以在着手方面占了很大的部分。
当然最初的当然的是找一些相关的资料,了解课程的题目和相关的一些原理,并且在此基础上自己想办法通过一些改变来做我们课程题目需要的实验内容。
随后进入的设计的模拟阶段,在计算机专业的基础上我们可以比较快的进入电路的模拟和相关器件和参素的计算和更换,这也是占这个实验比较大的部分时间的内容。
在交通灯的设计里我们需要的满足交通需求的电路,通过这个电路我们能够做到满足主次干道的交通运行和控制情况。
而在我们的生活中的交通灯的功能上已经是可以满足我们社会的需求了的,所以在模拟的时候我们需要观察和做到的是我们希望看到的那种现象,这个环节也是我们第一次利用计算机把复杂的电路在软件里实现它的运行情况。
模拟的好处就是在遇到问题的情况下,更换参数和一些电路的时候相当的方便,这相比在实验过程来更换起来工程小的多,毕竟一个复杂的电路的检查是很耗费时间和体力的。
实验过程中更值得去深入体会的是当遇到各种问题时候的解决问题的方法,就比如在实验过程中,由于在电路里存在延迟情况,而且在模拟和电路板上的器件的差异导致看到的交通灯的闪烁频率过于快速。
而控制频率的是脉冲发生器这么一个环节,根据参数的计算和一些改变从而去解决这个问题。
包括今后将会遇到的问题也是一样,一次实验关键不是去体会实验成果后的结果,而是要掌握在实际操作中去解决和分析问题的方法。
理论和知识都是死的,而思维的变换和创新才是值得我们去学习和深入研究的
今后的各种情况下我们需要学习的还有很多很多,就比如实验过程值得我们去体会其实有很多东西的,当我们遇到问题的时候,去解决一个问题有时候需要很多的步骤去完成的,而我们需要做的就是在其中认真的去完成它中间每一步,并且在每一步的过程中去学习到其中的方法,这样我们才会在其中收获颇多。
参考文献
【1】李催.数字电路课程设计及实验.大连理工大学出版社.2008
【2】安德宁.数字逻辑电路与逻辑设计实验技术.北京邮电学院出版社.1993
【3】卿太全李萧郭明穷.常用数字集成电路原理与应用.人民邮电出版社.2006.1
【4】白中英.数字逻辑与数字系统.北京科学出版社.2007
【5】陈光梦.数字电子学基础.复旦大学出版社.2005.3
附录一芯片管脚功能图
74LS08管脚图
74LS161管脚图
74LS04管脚图
74LS11管脚图
74LS02管脚图
附录二元件清单
序号
类型
型号
数量
芯片
74LS02
74LS04
74LS08
74LS11
74LS164
74LS161
555
电阻
10KΩ
105KΩ
电容
10nF
二极管
发光二极管
开关
波动开关
附录三总设计电路
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