电子课程设计交通灯控制电路设计.doc

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1.1课程性质 数字逻辑课程设计1.2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。1.3设计要求1.3.1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；1.3.2 设计相关提示同步设置人行横道红、绿灯指示。2.交通灯电路系统设计2.1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0-9显示，以次来检查数码管的好坏，见图5-1图5-1数码管线路接法 图5-2 CD4511引脚图2.2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5-3图5-3晶振分频电路2.3电源电路设计部分图5-8 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。2.4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5-10所示。图5-10 30s 、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5-10中的R1 C1。 (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（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5-11所示5-11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。2.5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，2.5.1红绿灯控制脉冲图5-12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。2.5.2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。图5-12 黄灯控制5.课程设计的收获、体会和建议5.1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的LED数码管和两块坏的CD4511，经更换后均能正常显示。（3） 在连接晶振的过程中，晶振无法起振。在排除线与芯片的接触不良问题后重新对照电路图，发现是由于12脚未接地所至。（4）在检测倒计时器倒计时时，发现因为接线不好导致部分线路短路，使得无法计数，后及时发现问题并解决6.参考文献电子技术基础数字部分（第五版） 高等教育出版社数字电子技术及应用 机械工业出版社7.附录