電子課程設(shè)計-交通燈控制電路設(shè)計

1、<p><b>　　交通燈控制電路設(shè)計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了一款基于74系列芯片的交通燈控制電路的設(shè)計，根據(jù)指導(dǎo)老師要求的功能的設(shè)計思路，詳細(xì)敘述了我團(tuán)隊從使用電腦Proteus仿真技術(shù)設(shè)計，到獨立完整地設(shè)計電子電路的過程，并簡單闡述了設(shè)計的基本原理和面對不同時間倒

2、計時之間的轉(zhuǎn)換、黃燈閃爍等問題的解決方案。</p><p>　　該交通燈具有紅綠燈轉(zhuǎn)換功能，黃燈閃爍等基本功能，并通過仿真設(shè)計了一定的擴(kuò)展功能，如黃燈閃爍的時候同時發(fā)出蜂鳴警報聲，以提示司機(jī)交通燈即將轉(zhuǎn)換為紅燈！</p><p>　　關(guān)鍵字 ： 74系列芯片 Proteus仿真 交通燈 </p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)&l

3、t;/b></p><p>　　1.1課程性質(zhì) </p><p><b>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計</b></p><p><b>　　1.2課程目的</b></p><p>　　訓(xùn)練學(xué)生綜合地運用所學(xué)的 《數(shù)字邏輯》的基本知識，包括熟悉集成電路的引腳安排、各芯片的邏輯功能及使

4、用方法，了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法，通過使用Proteus仿真技術(shù)，獨立完整地設(shè)計一定功能的電子電路，以及仿真和調(diào)試等的綜合能力。</p><p><b>　　1.3設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.3.1設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　?。?）要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支 干道）車道兩條交

5、叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行間為20秒；</p><p>　?。?）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計時的方法）；</p><p>　?。?）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道；</p><p>　　（4）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次；</p&

6、gt;<p>　　1.3.2 設(shè)計相關(guān)提示</p><p>　　同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。</p><p>　　2.交通燈電路系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2.1數(shù)碼管顯示部分</p><p>　　一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管可從0---9顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞，見圖5-1&

7、lt;/p><p>　　圖5-1數(shù)碼管線路接法</p><p>　　圖5-2 CD4511引腳圖</p><p>　　2.2利用晶體振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號源的電路設(shè)計</p><p>　　利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路.見圖5-3</p><p>　　圖5-3晶振分頻電路</p>&l

8、t;p>　　2.3電源電路設(shè)計部分</p><p>　　圖5-8 整點報時電路</p><p>　　220伏的交流電，經(jīng)過二極管整流，再經(jīng)過7805的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓得到5伏的直流電壓，且并聯(lián)一個大電容。由于有了大電容，對電路中的部分不穩(wěn)定或者部分小振幅、抖動起到削弱的作用，使其計數(shù)、顯示穩(wěn)定點。</p><p>　　2.4倒數(shù)計時器部分的電路設(shè)計</p&

9、gt;<p>　?。?）對于倒數(shù)計時器部分，我們采用了4快74LS193加減計數(shù)器芯片，其中前面2塊74LS193芯片用來構(gòu)成30s倒計時，另外后面2塊用來構(gòu)成20s倒計時。我們所要做的關(guān)鍵問題就是如何讓30s倒計時器和20s倒計時器輪休工作，我們的設(shè)計思想如下。我們將兩種倒計時器的8個輸出都接在數(shù)碼管顯示部分，由于兩組芯片的的輸出接在一起，要用二極管的功能是讓不工作的芯片不影響工作的芯片電平。實現(xiàn)電平隔離。當(dāng)前一組工作時

10、，后一組芯片的輸出都是低電平，如果沒有二極管就會導(dǎo)致輸出全部為低電平，不能實現(xiàn)計數(shù)的功能。無論在29倒數(shù)到00， 還是19倒數(shù)到00，前一位總是00XX，都是低電平，所以可以不用二極管。如下圖5-10所示。</p><p>　　圖5-10 30s 、20s亂流倒數(shù)工作電路</p><p>　?。?）圖中，我們在倒數(shù)計時器的8個輸出端口引出8條線，不論是30s倒計時器還是20s倒計時器倒數(shù)結(jié)

11、束的時候，這8個端口都將全部為低電平0，我們利用這一點，將這8個端口分別接上非門后再接一個8輸入與非門（注：如果使用8輸入與門將更簡單，可以將之前所加的非門也去掉，簡化電路，但實驗室提供的器件有限，只能采用此種方法）。每當(dāng)30s倒計時器或20s倒計時器倒數(shù)結(jié)束的時候都 將通過這些非門和與非門向外輸出一個脈沖控制信號，我們利用這個脈沖信號來控制我們30s倒數(shù)計時器和20s倒數(shù)計時器的輪流工作。由于各種芯片產(chǎn)生壓降，所以在某些部位要用串聯(lián)電

12、阻，再接上電源的方式使其電平正常，或者用電容接地的方法，使其電平正常。如圖5-10中的R1 C1。</p><p>　　(3）接下來我們將用到一個D觸發(fā)器，通過將D與Q非端接起來，實現(xiàn)一個翻轉(zhuǎn)功能的D觸發(fā)器相當(dāng)于一個T’。將上面產(chǎn)生的脈沖控制信號接在這個D觸發(fā)器的 時鐘接口，每當(dāng)脈沖控制信號來的時候，D觸發(fā)器的Q輸出端將翻轉(zhuǎn)一次。通過這樣的翻轉(zhuǎn)我們就可以具體控制30s倒計時器和20s倒計時器的輪流工作了。D觸發(fā)器

13、連接如下圖所示</p><p>　?。?）下面可以將上述的D觸發(fā)器的Q輸出端引出兩條線，一條與信號源脈沖一起接在一個與門的兩個輸入端，與門的輸出端加個非門后與20s倒計時器的計數(shù)端相連，用來控制它的計數(shù)與不計數(shù)。另一條用類似的方法也接在30s倒計時器的計數(shù)端。如圖5-11所示</p><p>　　5-11循環(huán)置數(shù)電路</p><p>　　（5）特別需要注意的地方，在

14、上圖中，在30s倒計時器和20s倒計時器的計數(shù)端要分別通過電阻、電容與高低電平相連，以保障高電平足夠高低電平足夠低。</p><p>　　2.5控制脈沖產(chǎn)生部分的電路設(shè)計</p><p>　　題記：我們將紅綠燈的控制和黃燈的控制分開來實現(xiàn)的，因此下面分為紅綠燈控制和黃燈控制兩個部分來具體說明，</p><p>　　2.5.1紅綠燈控制脈沖</p>&l

15、t;p>　　圖5-12紅綠燈轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　如上圖所示，主干道的紅燈、綠燈和支干道的綠燈、紅燈是對應(yīng)同亮同滅的，主干道通30s，支干道通20s，因此當(dāng)30s倒數(shù)計時器工作時應(yīng)該是主干道的綠燈和支干道的紅燈在亮，當(dāng)30s倒數(shù)計時器停止工作而20s倒數(shù)計時器開始工作時則應(yīng)該是主干道的紅燈和支干道的綠燈在亮。如上圖所示，我們通過從兩個倒數(shù)計時器工作轉(zhuǎn)換的時候產(chǎn)生的脈沖信號來控制，脈沖信號連接在D觸

16、發(fā)器（將其接成具有翻轉(zhuǎn)功能）的時鐘沿，每觸發(fā)一次D觸發(fā)器的Q輸出端將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，為1或為0，直到下一次脈沖來到才會改變，將Q輸出端接按主紅支綠和主綠支紅的次序分別接起來，依此可以控制主支干道的紅綠燈，使其按照我們的需要亮或滅。</p><p>　　2.5.2黃燈控制脈沖</p><p>　　對于黃燈，由于其需要閃爍而且亮滅的時間與紅綠燈略有差別，因此我們將它單獨控制。如上圖，我們以主干道的黃

17、燈控制為例進(jìn)行說明，支干道的黃燈控制原理與主干道完全相同。在圖示的右半部分，所引出的8根線是從30s倒數(shù)計時器的8個輸出端引出的，我們需要對這個8個輸出端進(jìn)行處理，時期產(chǎn)生一個使黃燈亮的開通脈沖和使黃燈滅掉的關(guān)斷脈沖，我們?nèi)?0s倒計時器倒數(shù)到6s和1s時分別為開通和關(guān)斷脈沖發(fā)生時間點，當(dāng)?shù)褂嫊r到6s時8個輸出端為00000110，如圖我們對0端接非門，然后全接在8輸入與非們，這樣就可以產(chǎn)生一個開通脈沖，將這個開通脈沖接到具有翻轉(zhuǎn)功能的

18、D觸發(fā)器的時鐘端即可實現(xiàn)產(chǎn)生一個使黃燈亮的開通信號，此信號再與秒脈沖接在與們上，便可控制黃燈的閃爍與否了。當(dāng)?shù)箶?shù)計時器倒數(shù)到1s時，同樣的方法可以產(chǎn)生一個關(guān)斷脈沖，使黃燈停止閃爍。6s和1s剛好相差5s。這樣黃燈便實現(xiàn)了閃爍5s就滅掉的功能。之所以選6s和1s而不選5s和0s是因為電路中有延遲現(xiàn)象，取6s和1s的間隔剛好可以實現(xiàn)我們的需求，因此我們選取了6s和1s這兩個時刻作為我們的開通和關(guān)斷時間點。</p><p&

19、gt;　　圖5-12 黃燈控制</p><p>　　5.課程設(shè)計的收獲、體會和建議</p><p>　　5.1設(shè)計過程中遇到的問題及其解決方法</p><p>　?。?）在檢測面包板狀況的過程中，出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況，后經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至。</p><p>　?。?）在檢測CD4511驅(qū)動電路的過程

20、中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良，在實驗過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn)，有時會消失。用5V電源對數(shù)碼管進(jìn)行檢測，一端接地，另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通，有時不能接通，把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。其次是由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本

21、該相通的地方卻未通，而檢測的導(dǎo)線狀況良好，其解決方法為把CD4511的芯片拔出，根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳，使其正對于孔，再用力均勻地將芯片插入面包板中，此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示，本次實驗中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511，經(jīng)更換后均能正常顯示。</p><p>　　（3） 在連接晶振的過程中，晶振無法起振。在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對照電路圖，發(fā)現(xiàn)是由于12腳未接地所至。</p&

22、gt;<p>　?。?）在檢測倒計時器倒計時時，發(fā)現(xiàn)因為接線不好導(dǎo)致部分線路短路，使得無法計數(shù)，后及時發(fā)現(xiàn)問題并解決</p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）》 高等教育出版社</p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用》 機(jī)械工業(yè)出版