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文檔簡介

1、電工電子課程設(shè)計(jì) 交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè):機(jī)電技術(shù)教育 班級:機(jī)電121 團(tuán)隊(duì)成員:秦振岳、吳其發(fā)、汪松、史江東 團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人:秦振岳 指導(dǎo)教師: 國海 2014.5.3016一、摘要3二、交通信號燈設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求3三、方案分析3四、 原理圖設(shè)計(jì)51 信號燈狀態(tài)控制器52 信號燈譯碼驅(qū)動電路73 置數(shù)譯碼電路84 計(jì)時系統(tǒng)85 顯示譯碼器96 共陰七段LED共陰數(shù)碼管117 555振蕩器構(gòu)成的秒脈沖電路118 元件清單13五、 整體電路圖以及工作原理14六、 原理圖仿真14七、 心得體會15八、 參考文獻(xiàn)16附錄一17一、摘要本電路通過由兩個D觸發(fā)器組成的四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和由與非門組成的譯碼器來控

2、制主干道和支干道紅、黃、綠燈的狀態(tài)變化,從而達(dá)到疏導(dǎo)車輛安全順利通過十字路口的作用,由555計(jì)時和電容電阻組成秒脈沖發(fā)生器;計(jì)時器由兩個74LS190計(jì)數(shù)器組成,分別用于計(jì)時間的十位和個位;顯示譯碼器把74LS190輸出的BCD碼譯成7位二進(jìn)制代碼,驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應(yīng)的BCD碼所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。二、交通信號燈設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 由一條主干道和一條支干道的匯合形成十字路口,為確保車輛安全、迅速地通行,在交叉路口的每一個入口處設(shè)置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行;綠燈亮允許通行;黃燈亮則給行使中的車輛有時間??康浇芯€之外;任務(wù)和要求: 1、主干道和支干道交替放行,主干道每次放行48秒,支干道每

3、次放行24秒。2、 每次綠燈變紅燈時,黃燈先亮4秒,此時原紅燈不變。3、 用十進(jìn)制數(shù)字顯示放行及等待時間。三、方案分析 十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個主干道和一個支干道的十字路口如圖所示。每邊都設(shè)置了紅、綠、黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行,綠燈亮表示可以通行,在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘,以便讓停車線以外的車輛停止運(yùn)行。因?yàn)橹鞲傻郎系能囕v多,所以主干道放行的時間要長。 路口交通指揮系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)工作流程圖如圖所示。主干道綠燈亮,支干道紅亮,計(jì)數(shù)器由48開始遞減計(jì)數(shù)S1主干道黃燈亮,支干道紅燈亮,計(jì)數(shù)器由4開始遞減計(jì)數(shù)S2主干道紅燈亮,支干道綠燈亮,計(jì)數(shù)器由24開始遞

4、減計(jì)數(shù)S3主干道紅燈亮,支干道黃燈亮,計(jì)數(shù)器由4開始遞減計(jì)數(shù)S4系統(tǒng)工作流程圖要實(shí)現(xiàn)上述交通信號燈的自動控制,則要求控制電路由時鐘信號發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、信號燈譯碼驅(qū)動電路、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動電路等幾部分組成,整機(jī)電路的原理框圖如圖所示。四個路口設(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421BCD碼的計(jì)數(shù)、譯碼顯示器。交通信號燈控制系統(tǒng)原理組成框圖十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能:1)設(shè)開始時主干道通行,支干道不通行,這種情況下主綠燈和支紅燈亮,持續(xù)時間為48s。2)48s后,主干道停車,支干道仍不通行,這種情況下主黃燈和支紅燈亮,持續(xù)時間為4s。3)4s后,主干道不通行,支干道通行,這種情

5、況下主紅燈和支綠燈亮,持續(xù)時間為24s。4)72s后,主干道仍不通行,支干道停車,這種情況下主紅燈和支黃燈亮,持續(xù)時間為4s。4s后又回到第一種情況,如此循環(huán)反復(fù)。因此,要求主控制電路也有4種狀態(tài),設(shè)這4種狀態(tài)依次為:S0、S1、S2、S3。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。S0S1S2S348s后4s后24s后4s后狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 4、 原理圖設(shè)計(jì)1 信號燈狀態(tài)控制器十字路口車輛運(yùn)行情況只有4種可能,實(shí)現(xiàn)這4個狀態(tài)的電路,可以用兩個D觸發(fā)器組成一個四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。我采用的一片74HC74實(shí)現(xiàn)。74LS74的引腳排列圖:74LS74的功能表:74LS74的接線圖所示:D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為Q*=Q',lo

6、ad每輸入一個時鐘脈沖Q0的狀態(tài)改變一次,U7A將load輸入的時鐘脈沖二分頻后送給U7B,即load每四個脈沖U7A和U7B的狀態(tài)回到原來的狀態(tài),即四進(jìn)制計(jì)算器。2 信號燈譯碼驅(qū)動電路主、支干道上紅、黃、綠信號燈的狀態(tài)主要取決于狀態(tài)控制器的輸出狀態(tài)。它們之間的關(guān)系見真值表。對于信號燈的狀態(tài),“1”表示燈亮,“0”表示燈滅。列出信號燈的真值表:狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈Q1Q0紅(R)黃(Y)綠(G)紅(r)黃(y)綠(g)00111010001101001000110000010010根據(jù)真值表可以寫出各信號燈的邏輯函數(shù)式: 用發(fā)光二極管模擬交通燈的工作狀態(tài),根據(jù)邏輯函數(shù)表達(dá)式畫

7、出的電路圖如圖所示。因?yàn)殚T電路帶灌電流負(fù)載的能力強(qiáng),故設(shè)計(jì)成門電路輸出低電平時,相應(yīng)的發(fā)光二極管亮。3 置數(shù)譯碼電路要實(shí)現(xiàn)48秒、24秒、4秒倒計(jì)時,就要在計(jì)數(shù)器倒計(jì)時到零的時候給計(jì)數(shù)器的置數(shù)端送入下一狀態(tài)相應(yīng)的時間數(shù)。列出置真值表:Q1 Q0 h g f e d c b a0 00 11 01 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0根據(jù)真值表可以寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式:h=0 g=0 f=Q0 e=Q1Q0 d=0 c=Q0' b=0 a=04 計(jì)時系統(tǒng)74LS190具有可對8421BCD進(jìn)行計(jì)數(shù)

8、、可逆計(jì)數(shù)、有聯(lián)級脈沖輸出、可由送數(shù)控制進(jìn)行異步置數(shù)、并行輸出、可聯(lián)級到n位應(yīng)用等功能,所以可以用74LS190做為計(jì)時系統(tǒng)的計(jì)時器。74LS190的引腳排序圖:74SL190的功能表:計(jì)時系統(tǒng)由兩片74LS190構(gòu)成的計(jì)數(shù)器、74HC00和74HC04構(gòu)成的置數(shù)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號輸出電路組成。如圖所示。用兩片74LS190組成兩位十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器狀態(tài)為零時,U5C輸出信號load,作為置數(shù)控制信號,將置數(shù)譯碼器輸出的數(shù)據(jù)送入計(jì)數(shù)器。Load送入狀態(tài)計(jì)數(shù)器74LS74,作為狀態(tài)計(jì)數(shù)器的時鐘脈沖。5 顯示譯碼器CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED (數(shù)碼管)顯示器的 BCD 碼七段碼譯

9、碼器,特點(diǎn):具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流??芍苯域?qū)動LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器,引腳排列如圖所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入,a為最低位。LT為燈測試端,加高電平時,顯示器正常顯示,加低電平時,顯示器一直顯示數(shù)碼“8”,各筆段都被點(diǎn)亮,以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端,低電平時使所有筆段均消隱,正常顯示時, B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn),當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時,顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端,高電平時鎖存,低電平時傳輸數(shù)據(jù)。a

10、g是 7 段輸出,可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的,在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取,電源電壓5V時可使用300的限流電阻。CD4511引腳排序圖:七段顯示譯碼電路真值表:CD4511接線圖:6 共陰七段LED共陰數(shù)碼管數(shù)碼管分為共陽極結(jié)構(gòu)和共陰極結(jié)構(gòu)。若顯示器共陽極連接,則對應(yīng)陽極接高電平的字段發(fā)光;而顯示器共陰極連接,則接低電平的字段發(fā)光。數(shù)碼管的每段都加一個360的電阻。數(shù)碼管的接線圖:7 555振蕩器構(gòu)成的秒脈沖電路時器555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列圖,如內(nèi)部電路圖,引腳排列圖。555定時器內(nèi)部含有一個基本RS觸發(fā)器,

11、配個電壓比較器C1,C2,一個放電三極管T由三個5K的電阻的分配器,555定時器因此而得名一個輸出緩沖器G3。比較器C1的參考電壓為2VCC/3加在同相輸入端C2的參考電壓為VCC/3加在反相輸入端,兩者均由分在器上取得。 555定時器引腳排列圖 555的內(nèi)部電路圖555定時器個引線端的用途如下:1端為接地線;2端為低電平觸發(fā)端,也稱為觸發(fā)輸入端。當(dāng)2端的輸入高電壓高 于VCC/3時,C2輸出為1;當(dāng)輸入電壓低于VCC/3時,C2的輸出為0,使基本觸發(fā)器置1;3端U0為輸出端;4端是復(fù)位端,當(dāng)=0時,基本觸發(fā)器直接置0,使Q=0,=1;5端UDD 為電壓控制端,如果CO 端另加控制電壓,則可以

12、改變C1,C2的參考電壓。工作中不使用CO 端時,一般都通過一個0.01uF的電容接地,以防旁路干擾;6端TH 為高電平觸發(fā)端,當(dāng)輸入電壓低于2VCC/3時,C1的輸出為1;當(dāng)輸入電壓高于2VCC/3時,C1的輸出為0,使基本觸發(fā)器置0,即Q0=0,=1,這時定時器輸出U0=0;7端D為放電端。當(dāng)基本觸發(fā)器的=1時,放電晶體管T導(dǎo)通,外接電容元件通過T放電;8端VCC為電源端,可在4.3-1.6V范圍內(nèi)使用,若為CMOS電路,則VCC=3-18V。 555定時器功能表,它全面表示了555的基本功能:多諧振蕩器產(chǎn)生矩形波的自激振蕩電路,由于矩形波包含和高次諧波成分,因此稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器

13、也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,它沒有穩(wěn)定狀態(tài),同時毋須外加發(fā)脈沖,就能輸出一定頻率的矩形脈沖(自激振蕩)。用555實(shí)現(xiàn)多諧振需要外接電阻R1,R2和電容C,并外接+5V的直流電源。只需在+VCC端接上+5V的電源,就能在3腳產(chǎn)生周期性的方波,如圖所示。3腳輸出的言方波的周期為 T=(R1+R2)Cln2本電路采取R1=15K,R2=68K,C1=0.1uF,C2=10uF。8 元件清單元件數(shù)量74LS190274HC74174HC00274HC041CD45112NE5551電阻、電容若干LED6共陰數(shù)碼管25、 整體電路圖以及工作原理整體電路圖見附錄一。由555組成的振蕩器產(chǎn)生周期為一秒的時鐘信號,送給

14、計(jì)時器,計(jì)時器做減法計(jì)數(shù),CD4511譯碼器把計(jì)時器輸出的8421BCD碼譯成驅(qū)動數(shù)碼管顯示的七段二進(jìn)制代碼,使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)計(jì)時器減到零狀態(tài),RCO1和RCO2分別輸出一個低電平信號,通過非門和與非門,load輸出一個低電平信號,置數(shù)譯碼電路輸出的數(shù)據(jù)送入計(jì)時器,load在上升沿到來時,信號燈狀態(tài)控制器的計(jì)數(shù)器加1,信號燈轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)。計(jì)時器繼續(xù)倒計(jì)時,如此循環(huán)下去。6、 原理圖仿真這里用的是Multisim仿真軟件,仿真原理圖如下圖:7、 心得體會在老師的指導(dǎo)下,通過學(xué)習(xí)交通燈系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),學(xué)習(xí)一種設(shè)計(jì)電子的軟件,增加了我們對電子設(shè)計(jì)的了解。查找教材,資料,相應(yīng)軟件

15、,為了這次課程設(shè)計(jì),我們在圖書館查找了大量的相關(guān)資料,終于被我找全了和本次課程設(shè)計(jì)相關(guān)的不懂問題。根據(jù)所分析的系統(tǒng)的電路原理圖,結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,在Proteus環(huán)境下進(jìn)行元器件之間的連線和編譯與仿真,及時檢查元器件的放置、連線是否有錯誤。 根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求,經(jīng)過實(shí)驗(yàn),排除所有實(shí)驗(yàn)中的錯誤并實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。通過這次課程設(shè)計(jì)我們對于EDA技術(shù)多多少少有了一些了解,EDA技術(shù)發(fā)展迅速,有著廣闊的應(yīng)用前景,設(shè)計(jì)面廣,內(nèi)容豐富,它用軟件的方法設(shè)計(jì)硬件;用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的;在設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真;系統(tǒng)可現(xiàn)場編程,在線升級;整個系統(tǒng)可

16、集成在一個芯片上,體積小,功率低,可靠性高。EDA技術(shù)以大規(guī)??删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體,以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法,以計(jì)算機(jī),大規(guī)??删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具,通過有關(guān)的開發(fā)軟件,自動完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯,邏輯化簡,邏輯分割,邏輯綜合及優(yōu)化,邏輯布局布線,邏輯仿真,直至特定目標(biāo)芯片的適配便宜,邏輯映射,編程下載等工作,最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)S眉尚酒囊婚T新技術(shù)。其中大規(guī)??删幊唐骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體,硬件描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段,軟件開發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

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