電子課程設(shè)計(jì)-交通燈控制電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　交通燈控制電路設(shè)計(jì)</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(jì)，根據(jù)指導(dǎo)老師要求的功能的設(shè)計(jì)思路，詳細(xì)敘述了我團(tuán)隊(duì)從使用電腦Proteus仿真技術(shù)設(shè)計(jì)，到獨(dú)立完整地設(shè)計(jì)電子電路的過程，并簡單闡述了設(shè)計(jì)的基本原理和面對(duì)不同時(shí)間倒

2、計(jì)時(shí)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(jì)了一定的擴(kuò)展功能，如黃燈閃爍的時(shí)候同時(shí)發(fā)出蜂鳴警報(bào)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(jì)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(jì)</b></p><p><b>　　1.2課程目的</b></p><p>　　訓(xùn)練學(xué)生綜合地運(yùn)用所學(xué)的 《數(shù)字邏輯》的基本知識(shí)，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(dú)立完整地設(shè)計(jì)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(jì)要求</b></p><p><b>　　1.3.1設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　（1）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(yùn)行，主干道每次通行時(shí)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(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計(jì)時(shí)的方法）；</p><p>　?。?）在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道；</p><p>　?。?）黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次；</p&

6、gt;<p>　　1.3.2 設(shè)計(jì)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(jì)</p><p>　　2.1數(shù)碼管顯示部分</p><p>　　一個(gè)CD4511和一個(gè)LED數(shù)碼管連接成一個(gè)CD4511驅(qū)動(dòng)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(hào)源的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　利用CD4060、電阻及晶振連接成一個(gè)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(jì)部分</p><p>　　圖5-8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)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(gè)大電容。由于有了大電容，對(duì)電路中的部分不穩(wěn)定或者部分小振幅、抖動(dòng)起到削弱的作用，使其計(jì)數(shù)、顯示穩(wěn)定點(diǎn)。</p><p>　　2.4倒數(shù)計(jì)時(shí)器部分的電路設(shè)計(jì)</p&

9、gt;<p>　?。?）對(duì)于倒數(shù)計(jì)時(shí)器部分，我們采用了4快74LS193加減計(jì)數(shù)器芯片，其中前面2塊74LS193芯片用來構(gòu)成30s倒計(jì)時(shí)，另外后面2塊用來構(gòu)成20s倒計(jì)時(shí)。我們所要做的關(guān)鍵問題就是如何讓30s倒計(jì)時(shí)器和20s倒計(jì)時(shí)器輪休工作，我們的設(shè)計(jì)思想如下。我們將兩種倒計(jì)時(shí)器的8個(gè)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(shí)現(xiàn)電平隔離。當(dāng)前一組工作時(shí)

10、，后一組芯片的輸出都是低電平，如果沒有二極管就會(huì)導(dǎo)致輸出全部為低電平，不能實(shí)現(xiàn)計(jì)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>　　（2）圖中，我們?cè)诘箶?shù)計(jì)時(shí)器的8個(gè)輸出端口引出8條線，不論是30s倒計(jì)時(shí)器還是20s倒計(jì)時(shí)器倒數(shù)結(jié)

11、束的時(shí)候，這8個(gè)端口都將全部為低電平0，我們利用這一點(diǎn)，將這8個(gè)端口分別接上非門后再接一個(gè)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(shí)驗(yàn)室提供的器件有限，只能采用此種方法）。每當(dāng)30s倒計(jì)時(shí)器或20s倒計(jì)時(shí)器倒數(shù)結(jié)束的時(shí)候都 將通過這些非門和與非門向外輸出一個(gè)脈沖控制信號(hào)，我們利用這個(gè)脈沖信號(hào)來控制我們30s倒數(shù)計(jì)時(shí)器和20s倒數(shù)計(jì)時(shí)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(gè)D觸發(fā)器，通過將D與Q非端接起來，實(shí)現(xiàn)一個(gè)翻轉(zhuǎn)功能的D觸發(fā)器相當(dāng)于一個(gè)T’。將上面產(chǎn)生的脈沖控制信號(hào)接在這個(gè)D觸發(fā)器的 時(shí)鐘接口，每當(dāng)脈沖控制信號(hào)來的時(shí)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(jì)時(shí)器和20s倒計(jì)時(shí)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(hào)源脈沖一起接在一個(gè)與門的兩個(gè)輸入端，與門的輸出端加個(gè)非門后與20s倒計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)端相連，用來控制它的計(jì)數(shù)與不計(jì)數(shù)。另一條用類似的方法也接在30s倒計(jì)時(shí)器的計(jì)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(jì)時(shí)器和20s倒計(jì)時(shí)器的計(jì)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(jì)</p><p>　　題記：我們將紅綠燈的控制和黃燈的控制分開來實(shí)現(xiàn)的，因此下面分為紅綠燈控制和黃燈控制兩個(gè)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(duì)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(jì)時(shí)器工作時(shí)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(jì)時(shí)器停止工作而20s倒數(shù)計(jì)時(shí)器開始工作時(shí)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(gè)倒數(shù)計(jì)時(shí)器工作轉(zhuǎn)換的時(shí)候產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來控制，脈沖信號(hào)連接在D觸

16、發(fā)器（將其接成具有翻轉(zhuǎn)功能）的時(shí)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?yàn)?，直到下一次脈沖來到才會(huì)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(duì)于黃燈，由于其需要閃爍而且亮滅的時(shí)間與紅綠燈略有差別，因此我們將它單獨(dú)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(jì)時(shí)器的8個(gè)輸出端引出的，我們需要對(duì)這個(gè)8個(gè)輸出端進(jìn)行處理，時(shí)期產(chǎn)生一個(gè)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(jì)時(shí)器倒數(shù)到6s和1s時(shí)分別為開通和關(guān)斷脈沖發(fā)生時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到6s時(shí)8個(gè)輸出端為00000110，如圖我們對(duì)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(gè)開通脈沖，將這個(gè)開通脈沖接到具有翻轉(zhuǎn)功能的

18、D觸發(fā)器的時(shí)鐘端即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)使黃燈亮的開通信號(hào)，此信號(hào)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(jì)時(shí)器倒數(shù)到1s時(shí)，同樣的方法可以產(chǎn)生一個(gè)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(shí)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?yàn)殡娐分杏醒舆t現(xiàn)象，取6s和1s的間隔剛好可以實(shí)現(xiàn)我們的需求，因此我們選取了6s和1s這兩個(gè)時(shí)刻作為我們的開通和關(guān)斷時(shí)間點(diǎn)。</p><p&

19、gt;　　圖5-12 黃燈控制</p><p>　　5.課程設(shè)計(jì)的收獲、體會(huì)和建議</p><p>　　5.1設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及其解決方法</p><p>　　（1）在檢測(cè)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(yàn)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>　　（2）在檢測(cè)CD4511驅(qū)動(dòng)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(yàn)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(shí)驗(yàn)過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，有時(shí)會(huì)消失。用5V電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)每一根線是否接觸良好，在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通，有時(shí)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(cè)有幾個(gè)引腳本

21、該相通的地方卻未通，而檢測(cè)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(duì)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(shí)驗(yàn)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>　?。?） 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(duì)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(cè)倒計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)因?yàn)榻泳€不好導(dǎo)致部分線路短路，使得無法計(jì)數(shù)，后及時(shí)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