簡易交通燈控制電路

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計題 目： 簡易交通燈控制電路 姓 名： x x x 專業(yè)班級： 電氣卓越11-01 學(xué) 號： 54110102xxxx 院 （系）： 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 曹衛(wèi)鋒 完成時間： 2013年6月 28日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書題目 簡易交通燈控制電路 專業(yè) 電氣卓越11-1 學(xué)號 xxxxxxxxx 姓名 xxx 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 主要內(nèi)容1閱讀相關(guān)科技文獻。2學(xué)習(xí)電子制圖軟件的使用。3學(xué)會整理和總結(jié)設(shè)計文檔報告。4學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1. 要求控制一個十字路口的交通燈。2. 設(shè)定南北，東西向交通燈顯示時間一樣。3

2、. 設(shè)定紅燈綠燈均顯示30秒，紅燈綠燈切換時黃燈顯示2秒。4. 要求紅黃綠燈用發(fā)光二極管表示，并且顯示出時間。主要參考資料1何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2姚福安，電子電路設(shè)計與實踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月3王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013年6月28日 指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負責(zé)人簽章： 2013 年 6月 22 日 簡易交通燈控制電路摘 要本設(shè)計是脈沖數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，設(shè)計了交通信號燈紅燈和

3、綠燈30秒和黃燈2分鐘倒計時持續(xù)發(fā)光。此計時器功能智能，可以自行控制發(fā)不同的燈光，同時應(yīng)用了七段數(shù)碼管來顯示時間。此交通燈可以在實現(xiàn)紅燈亮30秒然后紅、黃燈亮2秒，然后在是綠燈亮30秒，之后是綠燈和黃燈亮2秒，接下來就是循環(huán)上述發(fā)光。這在當(dāng)今社會交通中具有廣泛的應(yīng)用價值，有效的減少交通擁堵和交通事故。本電路主要有四個模塊構(gòu)成：秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路和發(fā)光電路。整個電路是有秒脈沖提供脈沖，有計數(shù)器進行計數(shù)功能向譯碼顯示電路顯示倒計時，而且也控制三種燈泡的發(fā)光。關(guān)鍵詞: 計數(shù)器 譯碼顯示電路 發(fā)光電路 秒脈沖目 錄1 總體設(shè)計思路、基本原理和框圖11.1設(shè)計思路11.2 基本原理和框圖

4、12 單元電路設(shè)計32.1 秒脈沖電路設(shè)計32.2 倒計時電路數(shù)字顯示設(shè)計32.3 交通燈顯示控制電路設(shè)計53 元器件功能及其介紹73.1 74ls192功能介紹73.2 74ls00功能介紹83.3 cd4511功能介紹94 安裝調(diào)試11總 結(jié)12參考文獻13附錄 簡易路燈控制電路14附錄 元器件清單151 總體設(shè)計思路、基本原理和框圖1.1設(shè)計思路交通信號燈的主要功能是：當(dāng)正常工作的時候，先是紅燈持續(xù)亮30秒，并有數(shù)碼管倒計時。當(dāng)30秒結(jié)束的時候紅燈亮變成紅燈的黃燈都亮，并且倒計時變成2秒。隨后有綠燈亮，紅燈和黃燈熄滅，時間也是30秒倒計時。然后就是，綠燈和黃燈亮2秒，變成紅燈亮30秒倒計

5、時。不斷的循環(huán)的進行下去。秒脈沖的產(chǎn)生：有555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電源接通瞬間，電路有一個穩(wěn)定的過程，即電源通過電阻r向電容c充電，當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器復(fù)位，vo為低電平，放電bjtt導(dǎo)通，電容c放電，電路進入穩(wěn)定狀態(tài)。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)rc的乘機可以得到穩(wěn)定的周期，tw=rcln3.計數(shù)電路：計數(shù)電路是有兩個74ls192計數(shù)芯片實現(xiàn)的，74ls192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，利用74ls192進行30秒和2秒的倒計時功能的實現(xiàn)。數(shù)碼管顯示電路：主要是有數(shù)碼管和兩個cd4511bcd轉(zhuǎn)碼芯片實現(xiàn)顯示數(shù)字的。cd4511是一個驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示

6、器的bcd七段譯碼器。特點是：具有bcd轉(zhuǎn)換，消隱和鎖存控制，七段譯碼及驅(qū)動功能的cmos電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動led顯示器。發(fā)光電路:發(fā)光電路是有六個三種顏色的二極管組成的，其是受門電路和一個計數(shù)器74ls192共同控制的，發(fā)出四種不同狀態(tài)的燈光組合。1.2 基本原理和框圖在一個主支干道的十字路口，東西和南北方向各設(shè)置一個紅，黃，綠三種顏色的交通燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行。 由于主干道車輛較多，支干道車輛較少，所以要求主干道處于通行狀態(tài)的時間要長一些，為30秒；等待時間為2秒。要實現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制，則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計數(shù)器、主控制器、信號燈

7、譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路等幾部分組成，整機電路的原理框圖如圖所示。四個路口設(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421bcd碼的計數(shù)、譯碼顯示器，原理圖如圖1-1所示。 顯示器譯碼器計數(shù)器時鐘信號發(fā)生器信號燈信號燈譯碼驅(qū)動電路信號燈主控電路圖1-1 交通信號燈控制原理十字路口車輛運行情況只有4種可能：1）設(shè)開始時主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為30s。2）30s后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時間為2s。3）2s后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時間為30s。4）30s后，主干道仍不通行，支干道停車，這

8、種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時間為2s。2s后又回到第一種情況，如此循環(huán)反復(fù)。因此，要求主控制電路也有4種狀態(tài)，設(shè)這4種狀態(tài)依次為：s0、s1、s2、s3。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1-2所示。 s0s1s2s330s后2s后30s后2s后 圖1-2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2 單元電路設(shè)計2.1 秒脈沖電路設(shè)計由集成邏輯門與rc組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與rc組成的多諧振蕩器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號源，其單脈沖電路如圖2-1所示。 圖2-1 555組成的單脈沖電路 參數(shù)計算： 1.脈沖產(chǎn)生電路： a.用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: r1=15*103r2=68*103c=10f 則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=

9、1.43/(r1+2*r2)*103*10*106=0.947hz,而設(shè)計要求為1hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的時候可以使用.2.2 倒計時電路數(shù)字顯示設(shè)計十字路口車輛運行情況只有4種可能，實現(xiàn)這4個狀態(tài)的電路，可用兩個觸發(fā)器構(gòu)成，也可用一個二-十進制計數(shù)器或二進制計數(shù)器構(gòu)成。這里采用二-十進制計數(shù)器74ls192實現(xiàn)。有下圖2-2我們可以看到，兩個數(shù)碼管是有兩個74ls192共同控制的，然后有cd4511實現(xiàn)對數(shù)碼管的顯示編碼。剛開始的時候是對數(shù)碼管的高電位一個初始值，對低電位為0.當(dāng)高電位初始值減數(shù)到0且開始借位時，對低電位一個初始值，此時高電位初始值為0.74ls192

10、是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，利用74ls192進行30秒和2秒的倒計時功能的實現(xiàn)。數(shù)碼管顯示電路：主要是有數(shù)碼管和兩個cd4511bcd轉(zhuǎn)碼芯片實現(xiàn)顯示數(shù)字的 圖2-2 計數(shù)器數(shù)碼顯示電路首先給74ls192輸入端設(shè)定一個初始值，這里我在十位上設(shè)置的是3，在各位上設(shè)置的是2。但是前提是十位上的3減數(shù)完了需要借位的時候各位上才會自位為2，否則為0。有減位計數(shù)器在減數(shù)的過程中通過譯碼器將74ls192輸出的數(shù)據(jù)通過bcd碼轉(zhuǎn)換來控制數(shù)碼管的顯示數(shù)字。數(shù)碼管分為共陽極結(jié)構(gòu)和共陰極結(jié)構(gòu)。若顯示器共陽極連接，則對應(yīng)陽極接高電平的字段發(fā)光；而顯示器共陰極連接，則接低電

11、平的字段發(fā)光。此次設(shè)計采用的是共陰極連接如圖2-3所示。 圖2-3 共陰極數(shù)碼管共陰極則是把所有l(wèi)ed的陰極連接到共同接點k，而每個led的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點）。2.3 交通燈顯示控制電路設(shè)計計數(shù)器的作用有二：一是根據(jù)主干道和支干道車輛運行時間以及黃燈切換時間的要求，進行30s、2s 二種方式的計數(shù)；二是向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，主控制器根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如下圖2-4所示。 圖2-4 控制計數(shù)器門電路 通過十位上的74ls192計數(shù)器的借位信號脈沖對另外的一個計數(shù)器進行輸入脈沖，來控制各位和十位上的74ls192計數(shù)器的置位和減計數(shù)。然后有計數(shù)的信

12、號通過和十位上的借位信號進行門電路的控制來控制交通燈的變化。 圖2-5 計數(shù)器控制交通燈如上圖2-5所示，右邊的二極管和下邊的二極管書相反的，當(dāng)右邊的紅燈亮的時候下面的綠燈亮；當(dāng)右邊的紅燈和黃燈亮的時候，下面的綠燈和黃燈亮；當(dāng)右邊的綠燈亮的時候，下邊的紅燈亮；當(dāng)右邊綠燈和黃燈亮的時候，下邊的紅燈和黃燈亮。于此同時，燈的不同亮法是有如圖所示的74ls192和減數(shù)計數(shù)的兩個74ls192共同通過74ls00來控制的。3 元器件功能及其介紹3.1 74ls192功能介紹 74ls192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下圖3-1所示。圖3-1 7

13、4ls192的引腳排列及邏輯符號（a）引腳排列(b) 邏輯符號其功能表3-1如下。表3-1 74ls192的功能表 輸入 輸出mrp3p2p1p0q3q2q1q01000000dcbadcba011 加計數(shù)011 減計數(shù)表3-1中：pl為置數(shù)端，cpu為加計數(shù)端，cpd為減計數(shù)端，tcu為非同步進位輸出端，tcd為非同步借位輸出端，p0、p1、p2、p3為計數(shù)器輸入端，mr為清除端，q0、q1、q2、q3為數(shù)據(jù)輸出端。3.2 74ls00功能介紹74ls00功能：7腳接地，14腳接5v電源，3、6、8、11為輸出端，其余腳為輸入端。 四個2輸入與非門74ls00 是常用的2輸入四與非門集成電路

14、，他的作用很簡單顧名思義就是實現(xiàn)一個與非門。vcc 4b 4a 4y 3b 3a 3y 分別是14 13 12 11 10 9 8（y = ab），2輸入四正與非門 74ls00。1 2 3 4 5 6 7分別是1a 1b 1y 2a 2b 2y gnd。74ls00真值表如下表3-2. 表3-2 74ls00真值表inputs 輸入輸出abyllhlhhhlhhhl 74ls00的結(jié)構(gòu)是2輸入有四個與非門和電源、接地端組成的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下圖3-2所示。 d9u838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙 圖3-2 74l

15、s00引腳圖3.3 cd4511功能介紹 圖3-3 引腳圖其功能介紹如下： bi：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。lt：3腳是測試輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時，允許譯碼輸出。 le=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時的數(shù)值。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 cd4511具有鎖存、譯碼

16、、消隱功能，通常以反相器作輸出級，通常用以驅(qū)動led。其引腳圖如3-3所示。 各引腳的名稱：其中7、1、2、6分別表示a、b、c、d；5、4、3分別表示le、bi、lt；13、12、11、10、9、15、14分別表示 a、b、c、d、e、f、g。左邊的引腳表示輸入，右邊表示輸出，還有兩個引腳8、16分別表示的是vdd、vss。 cd4511的工作真值表如表3-3。表3-3 cd4511的真值表輸 入輸 出lebilidcbaabcdefg顯示xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隱0110000111111000110001011000010110010110110120

17、1100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111xxxx鎖 存鎖存4 安裝調(diào)試 在電路板上按整機框圖把主控制器、計數(shù)器、信號燈譯碼器、數(shù)子顯示譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器焊接好然后按以下步驟進行調(diào)試。1秒脈沖信號發(fā)生器的調(diào)試，按照數(shù)字電子鐘的方法逐

18、級調(diào)試振蕩電路和分頻電路，使輸出設(shè)計符合設(shè)計要求。2將秒脈沖信號送入主控制器的cp端，觀察主控制器的狀態(tài)是否是按11、10、01、00、11的規(guī)律變化。3將秒脈沖信號送入計數(shù)器的cp端，接入主控制器的狀態(tài)信號x0、x1，并把主控制器的狀態(tài)信號送入主控制器的cp端，觀察計說器是否按30秒、2秒、30秒、2秒、30秒循環(huán)計數(shù)。4把主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號x1、x0接至信號燈的譯碼電路，觀察6個發(fā)光二極管是否按設(shè)計要求發(fā)光。 5整機聯(lián)調(diào)，使交通信號燈控制電路正常工作。總 結(jié) 通過此次交通控制信號燈的分析和設(shè)計，我深深感到學(xué)好數(shù)字邏輯電路的重要性。這一次設(shè)計對我來說，感觸最深的就是要想做好一個設(shè)計課題首先要對每一部分所涉及的知識點掌握好，只有這樣才能對設(shè)計做的得心應(yīng)手。 在整個設(shè)計的過程中我學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學(xué)問