交通灯设计报告1`.doc

安 庆 师 范 学 院物理与电气工程学院电子线路设计报告 小组成员：叶 芊 080210011 吴佳慧 080210023 赵 璨 080210047 徐叶梅 080210050 班 级：10级电信一班 指导老师 王 鹏 交通信号灯控制电路在城镇街道的十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通信号灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通信号灯的状态转换 ，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管路的自动话。一 设计任务 1、用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设计一个十字路口的交通灯控制 电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行视角都设为25s。2、每次有亮绿灯转换成亮红灯时，要求黄灯先亮5s，的过度状态。作为变换运行车道3、黄灯亮时，要求每秒钟亮一次。4、定时器要求采用递减即使方式进行设计，并用7段数码管显示。二 设计原理交通信号灯的原理图如图1所示：控制器，定时器，译码器和显示部分组成。秒脉冲发生信号为控制器和定时器的标准始终信号源，译码器控制两组信号灯的亮灯方式；控制器时控制系统的主要部分，有他控制定时器和显示部分工作。图1 数字交通灯原理框图三 各部分电路设计1 秒脉冲信号发生器图2为秒脉冲信号发生器的电路设计图，其核心部分为NE555定时器，R1=100K,R2=20K,脉冲周期T=0.7(R1+2R2)C2=1S;C1=0.01UF是为保证脉冲输出的稳定。 图2 秒脉冲发生电路 555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图3所示，按输入输出的排列可看成如图所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。 图 3 555定时器引脚图 由555定时器构成的多谐振荡器如图4.1所示，其工作波形见图4.2。接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电到2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度TL0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电容C充电时间决定，脉冲周期TTH+TL。 图 4.1 多谐振荡器 图4.2 振荡器工作波形另外，秒脉冲还可以由芯片CD4060和74LS74及其外围电路构成如图5，该电路选用石英晶体结构成振荡器，在经过分频电路得到秒脉冲。振荡器的频率越高，计时精度越高。如果精度要求不高也可以采用集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器以及由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。因此，该设计选着由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器来产生秒脉冲。 图5 CD4060构成秒脉冲发生器2定时部分该部分的核心部件为两个74LS192可逆计数器，由于本次设计为25进制，故需两片192进行级联，具体电路如图6所示，U1为十位计数端，U2为个位计数端，本次设计采用递减计数方式实现25减到0，另外，此电路还可以实现25进制和5进制的相互转换 图 6 定时器仿真电路74LS192的芯片（如图7）资料CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图 7(a)74ls192芯片管脚图 (b) 74ls192引脚图3. 倒计时显示部分显示部分由74LS248和共阴极七段数码管组成，74LS248作为译码器，对74LS192的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS192的计数。即交通灯需要显示的时间。其设计如图10 。 数码管资料： 图8 数码管资料图 数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA为防止数码管电流过大，需在数码管的每个输入端加上一个200欧的限流电阻。数码管使用注意事项说明：a、数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；b、焊接温度：260o；焊接时间：5sBCD码七段译码驱动器 此类 译码器型号有74LS247(共阳)、74LS248(共阴)等，本实验采用74LS248 BCD码锁存/七段译码 /驱动器。驱动共阴极LED数码管。74LS248引脚图： 图9 74ls248引脚图其中：A、B、C、D-BCD码输入端 a、 b、c、d、e、f、g-译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数据管。-测试输入端，=“0”时，译码器输出全为“1”。-消隐输入端，=“0”时，译码器输出全为“0”LE-锁定端，LE=“1”时译码器处下锁定(保持)状态，译码输出保持在LE=0时的数值，LE=0为正常译码。图 10 计时显示电路4 控制部分该部分74LS161和74LS192组成。当192的计数状态每转换一次，74LS161便计数一次。其原理如下：计数脉冲为74LS192的借位输出端BO，当74LS192的输出为0000时，BO的状态转换为高低高，此时便会产生一个上升沿，使74LS161计数。如下表1所示 表1 循环状态表时间5025050250Q3Q2Q1Q0000000010010001174LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。74LS161的逻辑电路图和引脚排列图，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0 ，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级 联提供了方便。74LSl61的逻辑电路图和引脚图（1）异步清零功能：当CR0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。（2）同步并行预置数功能：在CR1的条件下，当LD0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3Q0所接收。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。 （3）保持功能：在CR=LD1的条件下，当TP0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数） 。 （4）同步二进制计数功能：当CRLDPT1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路 将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。 （5）进位输出C：当计数控制端T1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。表2 74LS161的状态表5 信号灯部分信号灯的状态由74LS161和2-4译码器74LS139的输出端进行控制。真值表3所示表3 信号灯状态表Q1Q0灯的状态00甲红乙绿01甲红乙黄10甲绿乙红11甲黄乙红但在实际制作中，会需要大量的与门，会给焊接带麻烦，故用一片74LS139来代替部分与门电路。其具体设计如图八所示。改进后的信号灯状态Y3Y2Y1Y0的关系如下表4 表4 改进的信号灯状态表Y3Y2Y1Y0Q1Q0灯的状态111000甲红乙绿110101甲红乙黄101110甲绿乙红011111甲黄乙红74LS139功能及真值表表5译码器真值表 另外，此次设计中，要求黄灯闪烁5秒，为完成此要求，可将脉冲信号与Y3,Y1相或后分别接到两条道路上的黄灯，这样便可实现黄灯的闪烁。 图11 LED灯显示电路 四 心得体会此次课程设计颇有感受。从开始拿到题目的一无所知，到一步步查资料，找案例，方案论证，设计电路，仿真及最后的焊接，总共历经了有一个多月的时间，让我们真实的感受了理论与实际的差别。在此次设计的过程中，我们一开始是按照书上的电路进行设计，可后来发现书上的电路所用器件过多，会给我们的焊接带来麻烦，因此，我们对电路进行了改进，使得电路得到进一步的简化，也使得后来的焊接更加容易。另外，通过对电路的改进使我们对数字电路有了更加深刻的了解，也懂得学习任何一门知识要懂得探究，有时课本上所给的知识并不是最好的，只有经过自己深入思考后的知识才是最稳固的。另外，本次的课程设计使我们更加深刻体会到团队合作的重要性。开始时，我们打算先每人设计