交通灯控制电路报告 1.docx
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交通灯控制电路报告 1.docx
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交通灯控制电路报告1
信息与电气工程学院
课程设计说明书
(2011/2012学年第2学期)
课程名称:
电子技术课程设计
题目:
交通信号灯控制电路
专业班级:
自动化河北工程大学
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计周数:
2
设计成绩:
2012年7月3日
目录
1、设计目的...................................................................................................................3
2、原理和功能介绍.......................................................................................................3
2.1简单功能............................................................................................................3
2.2简单原理............................................................................................................4
3、主要模块设计............................................................................................................6
3.1秒脉冲发生器....................................................................................................6
3.2数字计数器.........................................................................................................7
3.3显示器.................................................................................................................7
3.4控制器...............................................................................................................8
4、主要元器件...............................................................................................................10
5、心得体会...................................................................................................................11
6、参考文献...................................................................................................................11
7、附录...........................................................................................................................12
1设计目的
1通过完成设计任务,掌握实际问题的逻辑分析,学会对实际问题进行逻辑状态分配及化简。
2掌握一个数字系统问题的控制电路设计要求及信号之间的配合。
3掌握数字电路各分部电路与总体电路的设计,调试及模拟仿真方法。
4掌握一个较复杂电路在实现时,出现问题时分析电路与解决方法;学会模块化,层次化进行电路设计的方法。
2.功能和原理介绍
红绿灯交通信号系统外观示意图
[1]在十字路口的两个方向上各设一组红绿灯,显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯;另一方向是红灯、绿灯、黄灯。
[2]设置一组数码管,以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间,其中一个方向上绿灯亮的时间是34s,另一个方向上绿灯亮的时间是24s,黄灯亮的的时间都是1s。
2.1简单功能
1.实现红绿灯的交通管制功能;
2.在红绿灯交换的前1秒,由黄灯提示司机注意,准备停车,且此时绿灯熄灭;
3.可适应主次干道不同的车流量的需要,拟设计主干道的车辆通行时间为34秒,支干道的车辆通行时间为24秒;
4.采用倒计时的方式,提示司机剩余时间。
2.2、简单原理
总体方案原理图
555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CP脉冲,计数器CD4510接受CP脉冲,实现异步计时。
通过连接计数器输出端与译码驱动电路,在数码管上显示倒计时。
将两片计数器的进位输出CO取反用以控制其自身循环置数,又两片进位输出CO与后状态控制器CD4510的脉冲信号,由此,状态从00变至01,历时34s;从01至10,历时1s;从10至11,历时24s;再从11变至00,历时1s,依次循环。
单元电路设计:
3、主要模块设计
3.1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器利用555构成多谢振荡器产生1HZ矩形方波。
实现脉冲功能。
构成电路图是
3.2数字计数器
计数器选用集成电路CD4510进行设计较简便。
CD4510为可预置BCD可逆计数器,该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器(具有选通结构,提供T型触发器功能)构成。
具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。
CD4510具有复位CR,置数控制LD、并行数据D0~D3、加减控制U/D、时钟CP和进位CI等输入。
CR具有清除控制功能,在使用上具有最高优先权,及当R=1,则Q不论其它输入为何,其输出QDQCQBQA必皆被清除为0,令R=0,正常计数,其接脚图如图1。
当LD为高电平时,D0~D3上的数据置入计数器中,CI控制计数器的计数操作,当其为1,则clock输入都无效,只有在Ci=0时,clock的正缘
触发才能使计数器计数。
此时,若U/D为高电平,在CP时钟上升沿计数器加1计数;反之,在CP时钟上升沿减1计数。
除了四个Q输出外,还有一个进位/错位输出CO/BO,CO为进位输出端,平常输出都保持在1,只有在上数计数到9,或下数计数到0时才会变为0输出,以作为进位或借位之准备,直到下一个时序信号的正缘输入后才转为1。
因此做计数器串联时,需将个位数Ci接地,而将其Co接到十位数计数的Ci中,如图2所示。
倒计时电路用两块CD4510来分别计数十位和个位数。
其十位数输入脉冲由个位进位输出端提供,另外系统方要求计时电路倒计时34、24秒。
为实现此功能必须实现十位计数芯片CD4510交替置数为0011、0010。
可有一个D触发器接成T触发器,输出端接到十位计数4510的A引脚。
触发器的输入脉冲由4510的两个进位输出端经过一个或非门的输出来提供。
当倒计时减为0时仅为输出端会同时输出一个高电平产生一个上升沿触发T触发器翻转,从而实现34、24S交替倒计时计数。
3.3显示器
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点:
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路,能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
CD4511引脚图
1.CD4511引脚图其功能介绍如下:
BI:
4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。
LT:
3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE:
锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g:
为译码输出端,输出为高电平1有效。
2.CD4511功作原理
(1)CD4511真值表
(2)锁存功能
译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。
当LE为“0”电平导通,TG2截止;LE为“1”电平时,当TG1截止,TG2导通,此时有锁存作用。
(3)译码功能
CD4511译码用两级或非门担任,为了简化线路,先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合,得出四项,然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。
(4)消隐功能
BI为消隐功能端,该端施加某一电平后,迫使B端输出为低电平,字形消隐。
消隐输出J的电平为J==(C+B)D+BI如不考虑消隐BI项,便得J=(B+C)D据上式,当输入BCD代码从1010---1111时,J端都为“1”电平,从而使显示器中的字形消隐。
显示电路图如下:
3.4控制电路
控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
控制模块的所用器件为双D触发器CD4013,由两个相同的,相互独立的D型触发器构成。
每个触发器有独立的数据,置位,复位,时钟输入和Q及Q输出,在时钟脉冲上升沿触发时,加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。
置位和复位与时钟脉冲无关,而分别由置位或复位线上的高电平完成。
CD4013真值表功能:
CL
D
R
S
Q
Q非
上升沿
0
0
0
0
1
上升沿
1
0
0
1
0
下降沿
x
0
0
Q
Q非
x
x
1
0
0
1
x
x
0
1
1
0
x
X
1
1
1
1
(2)CD4013引脚如图所示:
一个D有6个端子,2个输出,4个控制,4个控制分别为R,S,CP,D。
R和S不能同时为高电平。
当R为1,S为0时,输出Q一定为0,因此R可称为复位端。
当S为1,R为0时,输出Q一定为1.当S.R均为0时,Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作,具体是Q=D,即若D为1则Q也为1,若D为0则Q也为0。
所以在交通灯的控制电路中R和S接地,保证有脉冲时,输出随脉冲变化。
(3)交通灯控制电路接线及其功能:
首先必须保证是上升沿进入CD4013的时钟脉冲接收端,才能使其正常工作,所以接入一个CD4001。
将控制数码管十位的计数器CD4510的P0端接到CD4013的D端,当P0=0时,经CD4013的反向作用使得Q非端输出1,并将Q非端和CD4510的P0端连接,使得其由0变为1,从而实现0和1的交替出现。
电路图如下:
6.主要元器件
7.参考文献
[1]康光华电子技术基础:
数字部分第五版高等教育出版社2005.7
[2]阎石数字电子技术基础高等教育出版社2006.5
8.心得体会
通过两周的课程设计,我用所学的数字电子技术顺利的完成了交通灯控制器的设计。
期间我们也遇到了很多麻烦,如相关元件运用条件不熟、接口不对应、有很多电路图的设计不能完全合理的设计出来等问题,于是我们就分工去图书馆借书查阅资料,上网查找信息,问老师,请教同学,借此学到了很多知识,并利用它们设计了符合要求的信号产生器、计数器、控制电路等,最终把电路图都弄懂了,并把它合理的设计出来。
大家心里都有一种说不出的高兴,这也许就是所说的那种成功的愉悦感吧!
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
虽然花了很多时间,但学到了很多东西。
我们不仅感到了书本知识与实际问题及需要结合的难处,激发了我在这方面的兴趣,提高了理论结合实际的意识。
而且巩固了课堂知识,有效的把理论知识和实际操作结合在了一起,扩展了所学的知识。
同时我们认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
9.附录
原理图
PCB图
课程设计
评语
课程设计
成绩
指导教师
(签字)
年月日
指导教师(签字):
系主任(签字):
院长(签字):
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