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电气电子毕业设计182西北农林科技大学交通灯控制电路设计,毕业设计论文

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西北农林科技大学 机械与电子工程 学院 电子技术基础课程设计 报告 交通灯电路设计 姓 名 王清乐 专业年级 2004 级 机电 （ 2） 指导教师 周建 锋 完成时间 2007 年 1 月 12 日 成 绩 _ nts交通灯设计 1 一 课题名称 : 交通灯控制电路 二 设计要求以及内容摘要： 设计要求 : 用红、黄、绿三色发光管作为交通灯，传感器或逻辑开关作为检测车辆是否到来的信号 由于主干道车辆多，而支干道车辆少，所以主干道常处于允许通行状态，而支干道有车来才允许通行。主干道和支干道红绿灯交替运行。 当主干道和支干道均有通过时，两者交替通过：主干道每次放行 24s，支干道每次放行 20s，设置 24s 和 20s 计时电 路；在每次由红灯转变为绿灯的过程中，要亮 4 秒黄灯作为过渡，设置 4s 的计时电路。 设计内容摘要 ： 计时及显示电路； 交替状态与主干道常绿状态选择电路； 时间脉冲触发电路； 三 画出设计思路的系统框图 ,比较和选择系统的设计方案 设计思路的系统框图 ： 图一、系统框图 触发电 路 24S 计时电路 4S 计时电路 4S 计时电路 20S 计时电路 支干道有车通过 状态选择电路 主干道常绿状态 主干道亮绿状支干道红绿状 绿灯变红灯亮黄灯过渡 支干道亮绿灯主干道红绿灯 nts交通灯设计 2 计时电路 方案 1 顺计时 方案 2 倒计时 74LS190、 74LS191、 74LS192 74LS160、 74LS161、74LS190、 191、 192、 比较和选择系统的设计方案 计 时及显示电路 计时电路可选用两种方案： 方案 1 顺计时、方案 2 倒计时 根据实际需要采用倒计时显示时间 ,能更好的提示车辆启动或停止 ,更符合人性化的要求 。 采用倒计时用置数法更简单 ,选用功能熟悉的 74LS192。 图二 交替状态与主干道常绿状态选择电路 : 由设计要求，当主干道和支干道均有通过时，两者交替通过，而主干道常处于允许通行状态，所以交替一个循环后，主干道处于允许通行状态。整个控电路只有“交替状态 ” 与“主干道 常绿状态 ” 两个状态 , “主干道常绿状态 ” 转变为“交替状态 ” 的条件是主干道和支干道均有通过时 ,即 :在主干道绿灯且支干道有车通过时 ,进入“交替状态 ” 。 “主干道常绿状态 ” 转变为“交替状态 ” 的选择电路可以有两种思路： 思路一、 74LS192 由置数状态转变为减数状态； 思路二、通过控制触发脉冲控制状态转变； 时间脉冲触发电路 选择晶振电路或 555 定时电路设计多谐振荡器， 74LS160 分频。 四 单元电路设计 ,参数计算和器件选择 计时及显示电路 采用倒计时用置数法更简单 ,选用 74LS192 表 1 74LS192 的功能表 输入 输出 说明 CR LOAD UP DOWN ABCD Q1Q2Q3Q4 1 * * * * * 异步清零 0 0 * * abcd abcd 异步置数 0 1 1 * 加计数 加法 nts交通灯设计 3 U17 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U27 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14V C C5VU 1 8 A7 4 L S 0 2 DU 2 0 A7 4 L S 1 0 7 D1J11Q21CLK121K41CLR131Q3V11 k H z 5 V U 3 0A N D 2U6O R 2J5K e y = S p a c e13121067011VCC51主干道常绿信号交替状态时变为低电平状态选择信号交替状态时为 1置数两个 74LS192 均为 0 时输出低电平 0输出触发下一状态230 1 1 * 减计数 减法 计时电路 24S 计时电路初始状态置数为“ 2” 和“ 4” 当 LOAD 由置数状态变为计数状态(0 变 1)时 ,UP 端置 1， DOUN 输 入脉冲时开始减数，当减到“ 0”时，借位端 OB 端输出为 1。连接电路见（ 图三 ） 图三 计时电路 20s 和 4S 计时电路可同理设计，将其分别串联 即得到计时电路。 显示电路 ： 用红、黄、绿三色发光管作为交通灯。主干道常处于允许通行状态，亮绿灯；两者交替通过时，主干道每次放行 24s，支干道每次放行 20s，设置 24s和 20s 计时电路；在每次由红灯转变为绿灯的过程中，要亮 4 秒黄灯作为过渡，设置 4s 的计时电路。 数码管直接接在相对应的 74LS192 的输出端，显示倒计时时间。注意引脚对应，避免显示出错。 nts交通灯设计 4 X12 .5 V X62 .5 V X72 .5 V X 1 12 .5 V X22 .5 V X 1 02 .5 V U 1 5O R 2U 1 0O R 3313032332928主干道常绿信号主干道支干道24S 计时信号20S 计时信号4S 计时信号34图四、显示电路 交替状态与主干道常绿状态选择电路 : 图五、状态选择电路 U 2 7A N D 2U 2 9T _ F FT QQRESETCLKSETU 3 2O R 2J1K e y = AJ4K e y = D3938373640U3A N D 2424135交替循环结束信号支干道车辆通过模拟信号V C C5VVCC主干道常绿信号计时脉冲选择信号经选择后的计时脉冲选择电路输出信号43ACBD支干道车辆通过信号由逻辑开关 J4 模拟， A 端输出状态选择信号， B 端输出主干道常绿信号， C 端为交替循环结束信号， D 端输入计时脉冲。 只有 B 端输出为高电平时，即主干道为绿灯时， J4 触发才有效，使 T-FF输出 Q 反转， A 端输出计时脉冲； Q 为高电平 D 端输入计时脉冲有效。 nts交通灯设计 5 时间脉冲触发电路 触发电路的建立，直接在 Multisim8.0 软件的“ Tools”中选择 555 建立调用模块，设定参数为 100Hz；然后用 74LS160 分频两次就得到 1Hz 的脉冲。 图六 时间脉冲触发电路 5 5 5 _ V IR T U A LT im e rGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI9 . 0 1 9 k R10 . 7 2 1 5 M R2100 Rl1 0 n F C1 0 n F Cf5VVs0861U17 4 L S 1 6 0 NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK29U27 4 L S 1 6 0 NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK21323输出端五 电路图及工作原理 工作原理 ： 利用 74LS192 的减法计数功能计数。 采用置数法由两片 74LS192 级联组成 24 和 20 的计数器，当 LOAD 由置数状态变为计数状态 (0 变 1)时 ,UP 端置 1， DOUN 输入脉冲时开始减数，当减到“ 0”时，借位端 OB 端输出为 1，进而触发高一位进入计数状态。 用 T 触发器选择 74LS192 置数与计数状态。 由 JK 触发器 74LS107 该成 T 下降沿有效；由 T 触发器 T-FF 该成 T 上升沿有效。 U 2 0 A7 4 L S 1 0 7 D1J11Q 21CLK121K41CLR131Q 3V C C5VVCCV C C5V U2T _ F FT QQRESETCLKSETVCC图 七 nts交通灯设计 6 交替状态与主干道常绿状态选择原理详见： 四 （ 2）介绍 。 整个电路运行过程 ： 将各部分电路接好，先按开关 J5 键复位，再按开关 J1 启动，主干道绿灯常亮，此时按下开关 J4 模拟支干道有车通过，触发 U29 的 Q、 Q 反转， 进入交替状态，此刻再按开关 J4 模拟支干道有车通过无效，不能触发 U29 的 Q、 Q反转。 计数电路进入计数状态，主干道和支干道交替放行。 当交替一个循环或周期结束，反馈信号触发选择电路中的 U29动作 Q为 0，计数脉冲无效，停止计数，进入主干道常绿状态。 系统工作电路图 完整的系统工作电路图见附： 图八 六 组装调试 : 使用的主要仪器和仪表 ： 示波器 调试电路的方法和技巧 ： 调试电路时应当把计时电路、状态选择电路、时间脉冲触发电路三个电路分别测试，然后再组装调试。这样便于发现问题检修电路。 测试分析，故障原因及排除方法 具体调试步骤如下：计时电路调试如图 （ 图九） ，按一下逻辑开关计时电路在数码管上显示时间符合要求则电路无问题；否则，用示波器逐次检测 74LS192 的置位端高低电平的变化和 JK、 T 触发器的触发信号是否有效。 选择电路调试如图 图十 nts交通灯设计 7 U 2 7A N D 2U 2 9T _ F FT QQRESETCLKSETU 3 2O R 2J1K e y = AJ4K e y = D39383736U3A N D 242交替循环结束信号支干道车辆通过模拟信号主干道常绿信号计时脉冲选择信号经选择后的计时脉冲ACBD44J9K e y = 1 J 1 0K e y = 2V C C5V40V21 k H z 5 V 410XSC1A BGT43VCC35图十 选择电路调试 时间脉冲触发电路调节电阻，示波器检测输出脉冲周期是否为 1s。 七 设计电路总结 ： 本电路设计的特点是，用减法计数器实现计数功能，倒计时显示时间提示更直观人性化；触发器实现功能的选择和状态转换稳定性高。 方案的缺点和不足是 ,各状态相互影响若有一个器件损坏整个系统将瘫痪，问题检测排除较困难。 本电路的致命缺陷是 555 计时触发电路无法其它电路兼容。 课题设计的核心是计时电路的状态循环和状态选择。 此系统须改进的地方是显示系统时间显示应在同一个数码管上显示，这样才更符合实际要求，时间脉冲精度不高。 此系统可应用于定时循环系统。（如洗衣机定时系统） 八 列出系统需要的元器件清单 表 2 元器件清单 元件名称 代码 个数 功能 备注 减法计数器 74LS192 6 减法计数 JK 触发器 74LS107D 2 下降沿有效 T 触发器 T-FF 2 上升沿有效 或门 OR2、 OR3 6 nts交通灯设计 8 或非门 74LS02D 2 非门 74LS04D 5 与门 AND2 4 LED 灯 6 红、黄、绿 数码显示管 6 四引脚 逻辑开关 3 电源 3 提供电源 计数器 74LS160N 2 分频 555 定时器 555_VIRTUAL 1 电阻 3 电容 2 九 列出参考文献 ： 数字电子技术基础 清华大学 第四版 阎石主编 十 收获和体会 ： 通过本次交通灯电路的设计，我学习了 Multisim8.0、 WEB 软件的使用，掌握了电工电子电路的设计方法和步骤。 Multisim8.0 软件的学习花费了大量时间，书本上学习的各种的逻辑器件在软件上起来比较麻烦，特别是触发器和片子的各引脚功能于书本上的并不完全一致，既要以书本为基础，又要学习发现各种片子的引脚功能。通过摸索和交流，我发现了许多学习各种器件功能的捷径；比如：打开器件库选中器件，点击“ Model ”会出现器件的说明。 熟悉软件后，就冲动的想直接设计电路 ，由于思路不够清晰，再加上软件中器件功能不熟悉，以下午什么也没弄出来。清晰的设计思路和电路图是软件模拟的前提，在使用软件之前一定要把电路图设计出来，至少应有清晰的思路。有道是“胸中有丘壑下笔如有神” 嘛！ 电路设计一定要有步骤有计划的进行。首先要确定设计思路画出设计流程图，确定使用什么元件；然后列出逻辑关系并化简逻辑关系，也可列卡诺图或状态转化图，进一步确定使用的元器件；最后确定电路图检查反馈修改完善。 设计思路和电路图确定以后，在软件上联电路图。这是虽然轻松多了，但是连接电路图确实是细活，有一根 线出错，你就无法实现你的电路，而且找起问提来的麻烦，必须一根一根的检查，因此必须要细心更要有耐心。 nts交通灯设计 9 课程设计是锻炼我们思维和动手能力的好机会。没有严密的思维和逻辑推理就不能设计出正确符合设计要求的电路，不自己动手就不能把学到的知识灵活运用。 课程设计不仅让我学到了知识，锻炼了能力，更给了我自信。在这个过程中我感受到了理论知识的重要作用，动手能力有所提高，电路的设计模拟成功，增强了我的自信心 。 ntsU17 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U27 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U3D C D _ H E X4 3 2 1U4D C D _ H E X4 3 2 1V C C5VU97 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U 1 27 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U 1 3D C D _ H E X4 3 2 1U 1 4D C D _ H E X4 3 2 1U 1 8 A7 4 L S 0 2 DU 8 A7 4 L S 0 2 D24U 2 0 A7 4 L S 1 0 7 D1J11Q21CLK121K41CLR131Q3U 2 1 A7 4 L S 0 4 DU 1 97 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U 2 2D C D _ H E X4 3 2 1U 2 5 A7 4 L S 1 0 7 D1J11Q21CLK121K41CLR131Q3U 1 7 A7 4 L S 1 0 7 D1J11Q21CLK121K41CLR131Q3U 5 A7 4 L S 0 4 DU 2 6O R 2U 1 67 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U 3 1D C D _ H E X4 3 2 1U 3 5O R 2X12 . 5 V X62 . 5 V X72 . 5 V X 1 12 . 5 V X22 . 5 V X 1 02 . 5 V 15U7A N D 231U 1 1A N D 2U 2 4 A7 4 L S 0 4 D026578910111214161719202122272829303233394243444647384135U 1 5O R 2V11 k H z 5 V 45213U 2 7A N D 2U 2 9T _ F FT QQRESETCLKSETU 1 0O R 349U 3 0A N D 25655U 3 2O R 25925U6O R 23652484050J5K e y = S p a c e0J1K e y = AJ4K e y = DU 2 3 A7 4 L S 0 4 D5441U 3 4T _ F FT QQRESETCLKSET34U 3 3 A7 4 L S 0 4 D1858512337 53576U 2 8O R 2VCC附： 图 八 系统工作电路图 nts U17 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U27 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U3D C D _ H E X4 3 2 1U4D C D _ H E X4 3 2 1V C C5V3245791112U97 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U 1 27 4 L S 1 9 2 DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U 1 3D C D _ H E X4 3 2 1U 1 4D C D _ H E X4 3 2 1222120191716108U 1 8 A7 4 L S 0 2 D14U 8 A7 4 L S 0 2 D24U 2 0 A7 4 L S 1 0 7 D1J11Q21CLK121K41CLR131Q313U 2 1 A7 4 L S 0 4