交通灯信号灯.王厚林.doc

设计报告 课 题： 交通信号灯 姓 名： * 学 号： 090502223 班 级： 09电本（2）班 指导老师： * 制作时间： 2011年10月摘要：本课题是设计一个简易的交通信号灯灯，是对所学数电知识的实际运用。其实现的功能是红、绿、黄灯能够按照规定的秒数亮，即红灯亮30秒，绿灯亮25秒，黄灯每一秒亮一次共5次且伴有警报声，而且能够实现显示灯的秒数。因此本实验使用了555秒脉冲发生器、74LS161加法计数器、CD4029减法计数器、74LS47驱动显示电路及共阳数码管，还有与门、非门、与非门及蜂鸣器来实现。关键字：秒脉冲发生器、加法计数器、减法计数器、驱动显示、门。目 录1系统设计31.1 设计要求31.2 设计思路32单元电路设计42.1 用555电路实现一秒脉冲42.2 用74LS161控制灯状态及屏蔽电路52.3 CD4029构成减法计数器6 2.4 驱动/显示电路.73系统测试83.1 测试仪器83.2 测试方法及测试结果.83.2.1.1S脉冲的测试.83.2.2.74LS161输出QA、QB的测试.8 3.2.3. 灯及显示电路的情况.9 3.2.4. 屏弊电路的情况.94. 结论.95.参考文献.96.附录.10 6.1.元器件清单.10 6.2.电路原理图.11 6.3.PCB.图.141.系统设计1.1设计要求1.1.1道和一条支干道汇合的十字交叉路口，交叉路口设置红、黄、绿三色灯1.1.2主干道灯的显示顺序为绿、黄、红支干道灯的显示顺序为红、绿、黄秒数显示为红灯30秒，绿灯25秒，黄灯5秒。1.1.3红灯或绿灯的倒计时电路,黄灯闪烁。1.1.4支干道屏蔽逻辑。1.1.5黄灯鸣响警示1.1.6图如下:图.11.2.设计思路1.2.1.用555电路实现一秒脉冲信号。1.2.2.通过74LS161来控制四种状态：00、01、10、11，其中00状态用于电路屏蔽，01、10、11 三种状态分别控制三种灯信号，置数为01状态，使其在这三种状态循环，00状态由清零得到。1.2.3.CD4029的9、10号引脚接低电平，使之成为十进制的减法计数器；一边用两块CD4029，充作十位和个位，十位上的6、2引脚（QA、QD）通过与非门后输出接到置数端1号引脚及74LS161的2号引脚（脉冲），当计数减到00后，下一个状态到来与非门上会输出高电平，使CD4029置数及74LS161产生脉冲信号改变状态。1.2.4. 74LS47对CD4029的输出进行译码，再用共阳数码管显数字。1.2.5.黄灯信号与秒脉冲信号接在与门上，使其可以闪烁，且将黄灯信号接蜂鸣器。1.2.6.总框图如下： 图.22.单元电路设计21用555电路实现一秒脉冲该电路主要使用芯片555外加电阻电容组成多谐振荡器。如下图所示,电源通过R29、R30向C2充电，而C2通过R30向放电管放电，使电路振荡，输出矩形形波脉冲。振荡周期为，通过此式可算出满足一秒脉冲所需的电阻电容，而外加的电阻电容可调节脉冲的占空比。电路元器件的选择:电容C1采用103若选择电容C2为10uF，则根据公式 图3 实际上为确保得到1S的脉冲，可串接上一个5K的电位器，即可得到比较准确的1S脉冲。22 用74LS161控制灯状态及屏蔽电路图.4将74LS161的置数部分设置为01 (3号引脚接高电平，4、5、6号引脚接地)，QA、QB通过与非门后输出接到9号引脚（置数端），当QAQD=11时，下一个脉冲到来置数为01，如此在三种状态循环。将74LS161的1号引脚（清零端）接到自锁开关的2号引脚，常闭与电源5V相接，常开与地相接，使之清零端平常与电源相接，按下后接地清零，得到状态00，分别为00控制主电路绿灯，支电路红灯。主要思路：主电路： 用00、10状态控制绿灯亮，11状态控制黄灯亮，01状态控制红灯亮。支电路： 用00、10状态控制红灯亮，11状态控制绿灯亮，01状态控制黄灯亮。则由此可以轻易知道门电路的接法，如上图所示。蜂鸣器接于9013发射极上，集电极接电阻330及电源，黄灯信号通过一4K7电阻接入基极，由于有主干道和支干道，故将两黄灯信号通过非门后再经过与非门得到两边 的黄灯信号。LED发光管接法雷同。图如下所示：图.523 CD4029构成减法计数器将CD4029的9、10号引脚（B/D、U/D端）接地，使之成为十进制减法计数器。下图为十进制时序图：图.6令两块CD4029分别作十位和个位计数，个位上的15号引脚（脉冲）接到555的3号引脚得到脉冲信号，7号引脚（输出借位）接到十位上的15号引脚（脉冲），当个位上的计数减到0之后，下一个脉冲到来时产生借位信号，使十位上的计数得到一个脉冲信号，减数为一，如此构成两位数的减法数器。置数部分：红灯置29、绿灯置24、黄灯置04主电路：绿 0010 0100 支电路： 红 0010 1001黄 0000 0100 绿 0010 0100红 0010 1001 黄 0010 0100灯信号： 绿 1 、0 、0 红 1 、0 、0黄 0 、1 、0 绿 0 、1 、0红 0 、0 、1 黄 0 、0 、1由此可见 两边都用红灯信号接到个位的A、D端，红灯信号通过非门接到个位的C端；黄灯信号通过非门接到十位的B端。十位上的6、2号引脚（QA、QD）通过与门后输出接到两块4029的1号引脚（置数端）及74LS161的2号引脚（脉冲），即当数字到达00之后，下一个脉冲到来时让CD4029置数同时74LS161转换一种状态（灯转换一种状态）。24 驱动/显示电路74LS47是BCD-七段译码/驱动电路，输出为低电平有效。选用共阳极数码管与其相配合，为保护驱动器和译码器，驱动器的输出端应通过限流电阻后再接到相应的数码管输入端。限流电阻的选择：对于标准的LED管，当电流达10MA时，光强基本达到最大，电流继续增大，光强增加不明显，此时管压降为1.8-2V.若LED的电流为10MA,电源电压为+5V，则限流电阻R=（52）/10MA=300，当驱动电源为5V时，限流电阻可用1K，此时数码管的段电流 为3MA。虽然减小限流电阻会增加数码管的驱动电流，但数码管的发光亮度不再明显增加，反而会增加电源的负担。因此选用1K的电阻。74LS47引脚3为试灯脚，将3脚瞬时接地，若数码管的所有七段皆亮，说明连线无误。本设计用来清零，使灯和数码管同步显示。电路图如下图所示：图.73.系统测试31.测试仪器序号名称型号1数字万用表GDM-81352直流稳压电源QJ3003S3数字示波器TDS1002表.132.测试方法及测试结果3.2.1 1S脉冲的测试用数字示波器的输入端接于555芯片的3脚,调节示波器,输出的波形用光标测出T=1.240S图.83.2.2 74LS161输出QA、QB的测试用数字示波器的输入端接QA和QB，调节示波器，输出的波形： 图.9其中 右图t为转换的脉冲，时间不相等。T=30S、T=25S、T=5S。3.2.3. 灯及显示电路的情况主干道灯的显示顺序为绿、黄、红支干道灯的显示顺序为红、绿、黄黄灯每秒闪烁1次,共5次,且蜂鸣器一秒 一秒报警。显示电路：主干道从24开始减，当黄灯亮时数字从04开始减到00，下一状态红灯亮起从29开中减，如此循环。 支干道从29开始减，下一状态绿灯从24开始减，然后黄灯从04开始减到00，如此循环。3.2.4. 屏弊电路的情况当按下屏弊开关时, 主干道的绿灯一直亮,其他灯不亮；支干道的红灯一直亮。其他灯不亮，数码管全亮。4.结论本设计能实现所要求的各种功能即实现主干道的灯显示顺序为红、绿、黄。支干道显示为绿、红、黄。红灯亮30秒，绿灯亮25秒，黄灯闪烁5秒且蜂鸣器报警。按下屏蔽开关后，主干道亮绿灯，支干道亮红灯。5.参考文献1王武江，陈树凯.常用集成电路速查手册（第一版）.北京：冶金工业出版社,2004年12月.2那文鹏，王昊.通用集成电路的选择与使用（第一版）.北京：人民邮电出版社，2004年5月.3清华大学电子学教研组,余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）.北京：高等教育出版社，1999年10月.6.附录6.1 元器件清单序号器件名称型号及规格数量备注1集成块CD402942集成块74LS4743集成块74LS16124集成块74LS0825集成块74LS0