电子课程设计-交通灯控制电路设计电子交通控制交通灯控制课程设计

交通灯控制电路设计摘要本文介绍了一款基于74系列芯片的交通灯控制电路的设计，根据指导老师要求的功能的设计思路，详细叙述了我团队从使用电脑PROTEUS仿真技术设计，到独立完整地设计电子电路的过程，并简单阐述了设计的基本原理和面对不同时间倒计时之间的转换、黄灯闪烁等问题的解决方案。该交通灯具有红绿灯转换功能，黄灯闪烁等基本功能，并通过仿真设计了一定的扩展功能，如黄灯闪烁的时候同时发出蜂鸣警报声，以提示司机交通灯即将转换为红灯关键字74系列芯片PROTEUS仿真交通灯1设计任务11课程性质数字逻辑课程设计12课程目的训练学生综合地运用所学的数字逻辑的基本知识，包括熟悉集成电路的引脚安排、各芯片的逻辑功能及使用方法，了解面包板结构及其接线方法，通过使用PROTEUS仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真和调试等的综合能力。13设计要求131设计指标（1）要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行间为20秒；（2）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；（3）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；（4）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次；132设计相关提示同步设置人行横道红、绿灯指示。12交通灯电路系统设计21数码管显示部分一个CD4511和一个LED数码管连接成一个CD4511驱动电路，数码管可从09显示，以次来检查数码管的好坏，见图51VCC5VU6C74LS08DU7A74LS04DU8A74LS04DU9A74LS04DU10A74LS04DU11A74LS04DU12A74LS04DU20DA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT34511BDU14DA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT34511BDU15SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGCOMU16SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGCOM图51数码管线路接法图52CD4511引脚图222利用晶体振荡器产生秒脉冲信号源的电路设计利用CD4060、电阻及晶振连接成一个分频晶振电路见图53图53晶振分频电路323电源电路设计部分VREGU1MC7805BTINOUT1243D13N251V2220V50HZ0DEGT2NLT_PQ_4_12C210NFC110UFIO1IO25图58整点报时电路220伏的交流电，经过二极管整流，再经过7805的稳压管稳压得到5伏的直流电压，且并联一个大电容。由于有了大电容，对电路中的部分不稳定或者部分小振幅、抖动起到削弱的作用，使其计数、显示稳定点。24倒数计时器部分的电路设计（1）对于倒数计时器部分，我们采用了4快74LS193加减计数器芯片，其中前面2块74LS193芯片用来构成30S倒计时，另外后面2块用来构成20S倒计时。我们所要做的关键问题就是如何让30S倒计时器和20S倒计时器轮休工作，我们的设计思想如下。我们将两种倒计时器的8个输出都接在数码管显示部分，由于两组芯片的的输出接在一起，要用二极管的功能是让不工作的芯片不影响工作的芯片电平。实现电平隔离。当前一组工作时，后一组芯片的输出都是低电平，如果没有二极管就会导致输出全部为低电平，不能实现计数的功能。无论在29倒数到00，还是19倒数到00，前一位总是00XX，都是低电平，所以可以不用二极管。如下图510所示。4图51030S、20S乱流倒数工作电路（2）图中，我们在倒数计时器的8个输出端口引出8条线，不论是30S倒计时器还是20S倒计时器倒数结束的时候，这8个端口都将全部为低电平0，我们利用这一点，将这8个端口分别接上非门后再接一个8输入与非门（注如果使用8输入与门将更简单，可以将之前所加的非门也去掉，简化电路，但实验室提供的器件有限，只能采用此种方法）。每当30S倒计时器或20S倒计时器倒数结束的时候都将通过这些非门和与非门向外输出一个脉冲控制信号，我们利用这个脉冲信号来控制我们30S倒数计时器和20S倒数计时器的轮流工作。由于各种芯片产生压降，所以在某些部位要用串联电阻，再接上电源的方式使其电平正常，或者用电容接地的方法，使其电平正常。如图510中的R1C1。3）接下来我们将用到一个D触发器，通过将D与Q非端接起来，实现一个翻转功能的D触发器相当于一个T。将上面产生的脉冲控制信号接在这个D触发器的时钟接口，每当脉冲控制信号来的时候，D触发器的Q输出端将翻转一次。通过这样的翻转我们就可以具体控制30S倒计时器和20S倒计时器的轮流工作了。D触发器连接如下图所示5（4）下面可以将上述的D触发器的Q输出端引出两条线，一条与信号源脉冲一起接在一个与门的两个输入端，与门的输出端加个非门后与20S倒计时器的计数端相连，用来控制它的计数与不计数。另一条用类似的方法也接在30S倒计时器的计数端。如图511所示511循环置数电路（5）特别需要注意的地方，在上图中，在30S倒计时器和20S倒计时器的计数端要分别通过电阻、电容与高低电平相连，以保障高电平足够高低电平足够低。25控制脉冲产生部分的电路设计题记我们将红绿灯的控制和黄灯的控制分开来实现的，因此下面分为红绿灯控制和黄灯控制两个部分来具体说明，251红绿灯控制脉冲6图512红绿灯转换电路图如上图所示，主干道的红灯、绿灯和支干道的绿灯、红灯是对应同亮同灭的，主干道通30S，支干道通20S，因此当30S倒数计时器工作时应该是主干道的绿灯和支干道的红灯在亮，当30S倒数计时器停止工作而20S倒数计时器开始工作时则应该是主干道的红灯和支干道的绿灯在亮。如上图所示，我们通过从两个倒数计时器工作转换的时候产生的脉冲信号来控制，脉冲信号连接在D触发器（将其接成具有翻转功能）的时钟沿，每触发一次D触发器的Q输出端将发生翻转，为1或为0，直到下一次脉冲来到才会改变，将Q输出端接按主红支绿和主绿支红的次序分别接起来，依此可以控制主支干道的红绿灯，使其按照我们的需要亮或灭。252黄灯控制脉冲对于黄灯，由于其需要闪烁而且亮灭的时间与红绿灯略有差别，因此我们将它单独控制。如上图，我们以主干道的黄灯控制为例进行说明，支干道的黄灯控制原理与主干道完全相同。在图示的右半部分，所引出的8根线是从30S倒数计时器的8个输出端引出的，我们需要对这个8个输出端进行处理，时期产生一个使黄灯亮的开通脉冲和使黄灯灭掉的关断脉冲，我们取30S倒计时器倒数到6S和1S时分别为开通和关断脉冲发生时间点，当倒计时到6S时8个输出端为00000110，如图我们对0端接非门，然后全接在8输入与非们，这样就可以产生一个开通脉冲，将这个开通脉冲接到具有翻转功能的D触发器的时钟端即可实现产生一个使黄灯亮的开通信号，此信号再与秒脉冲接在与们上，便可控制黄灯的闪烁与否了。当倒数计时器倒数到1S时，同样的方法可以产生一个关断脉冲，使黄灯停止闪烁。6S和1S刚好相差5S。这样黄灯便实现了闪烁5S就灭掉的功能。之所以选6S和1S而不选5S和0S是因为电路中有延迟现象，取6S和1S的间隔刚好可以实现我们的需求，因此我们选取了6S和1S这两个时刻作为我们的开通和关断时间点。7图512黄灯控制5课程设计的收获、体会和建议51设计过程中遇到的问题及其解决方法（1）在检测面包板状况的过程中，出现本该相通的地方却未通的状况，后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至。（2）在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良，在实验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失。用5V电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发现二极管能正常显示的，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。其次是由于芯片接触不良的8问题，用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通，而检测的导线状况良好，其解决方法为把CD4511的芯片拔出，根据面包板孔的的状况重新调整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中，此后发现能正常显示，本次实验中还发现一块坏