基于NE555的交通燈設計

1、-. z交通信號燈電路的設計1.技術(shù)指標1.1初始條件直流可調(diào)穩(wěn)壓電源一臺、萬用表一塊、面包板一塊、元器件假設干、剪刀、鑷子等必備工具。1.2要求完成的主要任務包括電子綜合實訓工作量及其技術(shù)要求以及說明書撰寫等具體要求1.3技術(shù)要求設計一種利用發(fā)光二極管作為交通信號燈的指示，實現(xiàn)南北、東西車道的交替通行，要現(xiàn)南北車道方向循環(huán)顯示的順序是綠燈、黃燈、紅燈；東西車道方向循環(huán)顯示的順序是紅燈、綠燈、黃燈。2. 設計方案及其比擬2.1 方案一電路構(gòu)造：脈沖信號發(fā)生器，控制電路，交通燈顯示電路。電路如圖1所示。圖1 方案一原理圖脈沖信號發(fā)生器：由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器組成，振蕩周期T=(R1+2R2

2、)C2Ln2,我們需要1HZ的信號，于是T=1S,我們?nèi)2=10uf,R1=25 K,R2=50K可滿足產(chǎn)生頻率為1HZ方波的條件。控制電路：由74ls161和74ls138組成，74ls161是四位二進制計數(shù)器，用來控制計數(shù)的時間。為了滿足74ls138譯碼器的8個端口輸出。這里我們只用Q2Q1Q0三個輸出口，構(gòu)成8進制計數(shù)器，即從000計數(shù)到111循環(huán)，剛好和74ls138譯碼器的輸出的8個數(shù)相對應。譯碼器則與交通燈相連，將74ls161的控制信號傳給交通燈。交通燈顯示電路：通過譯碼器和一些門電路，可以設定相應交通燈的顯示時間，滿足南北東西顯示的要求。這里我們設置南北方向的綠燈，黃燈，紅

3、燈的時間分別為3s，1s，4s，東西方向?qū)臒魹榧t燈，綠燈，黃燈，時間分別為4s，3s,1s。由于138譯碼器輸出低電平，所有可以通過與門控制相應的燈顯示時間，并且燈為共陽極連接。如東西南北方向需要3s的綠燈顯示，則需要一個三輸入與門；南北方向需要4s的紅燈顯示的時候，由于南北方向的紅燈顯示的時間等于東西方向的綠燈和黃燈的顯示時間之和，所以可以把東西方向的綠燈對應的三輸入與門的輸出端和東西方向的黃燈輸出端接到一個二輸入與門的輸入端，二輸入與門的輸出接到南北方向的紅燈，就可以實現(xiàn)紅燈4s顯示。2.2 方案二電路構(gòu)造：信號發(fā)生器，控制器，交通燈顯示電路如圖2所示。圖2 方案二原理圖設計思想：首先

4、我們把交通燈顯示分為四個狀態(tài)，如表1所示：表1 交通燈狀態(tài)表采用分模塊設計的思想，模塊化后，通過設置或程序去除來實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，由于每一個模塊的計數(shù)大多不是一樣的，這里的各模塊是以預置數(shù)和計數(shù)器計數(shù)共同來實現(xiàn)的，所以要考慮增加一個置數(shù)模塊，其主要功能細分為：對不同的狀態(tài)輸入要產(chǎn)生相應狀態(tài)的下一個狀態(tài)的預置數(shù)，如要求的南北車道和東西車道,分別為南北車道的置數(shù)選擇和東西車道的置數(shù)選擇。以南北車道為例，簡述其設計思想。可以通過程序循環(huán)的方法設計該模塊，主要思想是通過數(shù)據(jù)判斷指令、跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)，由主控制器計時和中斷產(chǎn)生的四個狀態(tài)去譯碼，從而得到不同的輸出，即預置數(shù)，由上分析可用一個計數(shù)器和跳轉(zhuǎn)指令去完

5、成的預置數(shù)。可以用數(shù)據(jù)選擇器的思想，在本系統(tǒng)中，直接通過門電路的譯碼，接下來就是計數(shù)模塊了，其主要的功能細分為，要從預置數(shù)開場遞減計數(shù)，一個狀態(tài)完畢，通過判斷，通知主控制模塊，使之進入下一模塊。2.3 方案三電路同樣由三局部構(gòu)成：基于NE555的脈沖信號發(fā)生器，控制器，交通燈顯示電路。原理如圖3所示：圖3 方案三原理圖脈沖信號發(fā)生器原理不在累述?？刂破饔伤奈欢M制計數(shù)器74ls161和上升沿D觸發(fā)器74ls74組成。首先我們把交通燈顯示分為四個狀態(tài)：狀態(tài)一Q2Q1=00南北車道綠燈亮，東西車道紅燈亮。狀態(tài)二Q2Q1=01南北車道黃燈亮，東西車道紅燈亮。狀態(tài)三Q2Q1=10南北車道紅燈亮，東西車

6、道綠燈亮。狀態(tài)四Q2Q1=11南北車道紅燈亮，東西車道黃燈亮。我們用四位二進制計數(shù)器74ls161和上升沿D觸發(fā)器74ls74控制狀態(tài)變量Q2Q1的變化，即實現(xiàn)00-01-10-11的循環(huán)變化。用計數(shù)器的進位端做為狀態(tài)控制器的脈沖，利用狀態(tài)控制器實現(xiàn)對計數(shù)器置數(shù)的操作，從而實現(xiàn)膜計數(shù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。交通燈由74ls74上升沿觸發(fā)器通過門電路相連，實現(xiàn)對燈的控制。2.4 方案比擬方案一：構(gòu)造簡單，設計方便；但如果設計紅綠燈顯示時間較長時，比方40秒，則很難實現(xiàn)。方案一只適合時間很短的交通燈顯示電路，雖然不適合實際應用，但在實驗條件下可以滿足要求。并且由于實驗器件有限，我們選擇方案一做為實現(xiàn)方案。方案

7、二：采用單片機編程的方式進展控制，這種方案電路構(gòu)造簡單，方便修改燈顯示時間。但是由于自己對編程缺少實踐，這種方案也不能實現(xiàn)。方案三：主控制器采用計數(shù)器加邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成，此方案雖然可以實現(xiàn)較長時間的交通燈顯示。但電路很復雜，并且要改交通燈顯示時間就要改動電路，所有不適合實驗。3. 實現(xiàn)方案3.1實現(xiàn)方案原理電路構(gòu)造：脈沖信號發(fā)生器，控制電路，交通燈顯示電路。電路邏輯圖如圖4所示。圖4 交通燈實驗電路脈沖信號發(fā)生器：由NE555構(gòu)成的多諧振蕩器組成，振蕩周期T=(R1+2R2)C2Ln2,我們需要1HZ的信號，于是T=1S,我們?nèi)2=10uf,R1=25 K,R2=50K可滿足產(chǎn)生頻率為1HZ

8、方波的條件?？刂齐娐罚河?4ls161和74ls138組成，74ls161是四位二進制計數(shù)器，用來控制計數(shù)的時間。為了滿足74ls138譯碼器的8個端口輸出。這里我們只用Q2Q1Q0三個輸出口，構(gòu)成8進制計數(shù)器，即從000計數(shù)到111循環(huán)，剛好和74ls138譯碼器的輸出的8個數(shù)相對應。譯碼器則與交通燈相連，將74ls161的控制信號傳給交通燈。交通燈顯示電路：通過譯碼器和一些門電路，可以設定相應交通燈的顯示時間，滿足南北東西顯示的要求。這里我們設置南北方向的綠燈，黃燈，紅燈的時間分別為3s，1s，4s，東西方向?qū)臒魹榧t燈，綠燈，黃燈，時間分別為4s，3s,1s。由于138譯碼器輸出位低電

9、平，所有可以通過與門控制相應的燈顯示時間，并且燈為共陽極連接。如東西南北方向需要3s的綠燈顯示，則需要一個三輸出與門；南北方向需要4s的紅燈顯示的時候，由于南北方向的紅燈顯示的時間等于東西方向的綠燈和黃燈的顯示時間之和，所以可以把東西方向的綠燈對應的三輸入與門的輸出端和東西方向的黃燈輸出端接到一個二輸入與門的輸入端，二輸入與門的輸出接到南北方向的紅燈，就可以實現(xiàn)紅燈4s顯示。3.2所用芯片參數(shù)3.2.1 NE555芯片參數(shù)Pin1(接地)地線(或共同接地),通常被連接到電路共同接地。Pin2(觸發(fā)點)這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3VCC,下緣須低于1

10、/3VCC。Pin3(輸出)當時間周期開場555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的完畢輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200mA。Pin4(重置)一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin5(控制)這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。Pin6(重置鎖定)Pin6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當這個接腳的電壓從1/3VCC電壓以下移至2/3VCC以上時啟動這個動作。Pin7(放電)這個接腳和主要的輸出接腳有一樣的電流輸出能力，

11、當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。Pin8(V+)這是555個計時器IC的正電源電壓端。供給電壓的圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。參數(shù)功能特性：供給電壓4.5-18V供給電3-6mA輸出電225mA(ma*)上升/下時間100ns。3.2.2 74ls08芯片參數(shù)74ls08為二輸入與門，其真值表如表2所示：表2 74ls08真值表引腳分布如圖5所示：圖5 74ls08引腳圖3.2.3 74ls11芯片參數(shù)其為三輸入與門，Z=ABC。邏輯功能如表3所示：表3 74LS11功能表管腳如圖6所示。圖6 74LS11管腳圖3.2.4 7

12、4ls161芯片參數(shù)74LS161是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，他可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，管腳如圖7所示：圖7 74ls161管腳圖管腳圖介紹：時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0P3。清零/MR。使能CEP和CET。置數(shù)：PE數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3。以及進位輸出TC(TC=Q0Q1Q2Q3CET)。功能如表4所示：3.2.5 74ls138芯片參數(shù)表4 74ls161功能表74LS138 為3 線8 線譯譯碼。共有 54LS138和 74LS138 兩種線路構(gòu)造型式。其管腳如圖8所示：圖8 74ls138管腳圖74LS138 為3 線8 線譯

13、碼器。共有 54LS138和 74LS138 兩種線路構(gòu)造型式。端口說明：A0A2：地址輸入端STAE1：選通端/STB/E2、/STC/E3：選通端低電平有效/Y0/Y7：輸出端低電平有效VCC：電源正GND：地A0A2對應Y0Y7；A0,A1,A2以二進制形式輸入，然后轉(zhuǎn)換成十進制，對應相應Y的序號輸出低電平，其他均為高電平；4. 調(diào)試過程及結(jié)論4.1 仿真和調(diào)試按照原理圖連接電路，然后接上電源調(diào)試。最后實現(xiàn)所要求功能：實現(xiàn)南北、東西車道的交替通行，要現(xiàn)南北車道方向循環(huán)顯示的順序是綠燈3s、黃燈1s、紅燈4s；東西車道方向循環(huán)顯示的順序是紅燈4s、綠燈3s、黃燈1s。一開場頻率過大，我們把

14、25 K的電阻換成50 K之后，頻率變小。顯示正常。調(diào)試電路實物如圖9所示：圖9 實驗連線圖4.2 設計結(jié)論設計實現(xiàn)了南北、東西車道的交替通行，南北車道方向循環(huán)顯示的順序是綠燈3s、黃燈1s、紅燈4s；東西車道方向循環(huán)顯示的順序是紅燈4s、綠燈3s、黃燈1s。實驗成功。5. 心得體會這次電路最主要的參考文獻是數(shù)字電子電路，我們是這個學期才開場學習的數(shù)電，學的時候很難，也很反感數(shù)電。有的時候甚至不知道學數(shù)電的意義何在，因為教師講的幾乎聽不懂，后來直到要期末了才勉強一知半解，最后剛剛可以過關(guān)?？墒墙?jīng)過這次實踐才發(fā)現(xiàn)自己錯了，數(shù)電真的很有用。這幾天猛地扎進數(shù)電書里才了解了很多知識，才發(fā)現(xiàn)數(shù)電其實沒有

15、則難，學以致用之后感覺還有點趣味，現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)數(shù)電的真正意義。實驗進展了兩周左右，感覺難度不是特別大，花的時間也還正常，幾乎沒有影響期末的復興，但是確實學會了很多東西，自己受益匪淺。第一：我覺得從中學到了查找資料的方法，加強了自己自主學習的能力。面對這個實驗，自己還是有很多東西不知道的，比方設計方案的詳細原理，數(shù)電課本只是提供了根本原理，真正的實踐方案還是自己到網(wǎng)上尋找資料，然后再加上自己的修改和取精，最后才能得出自己的東西。第二：在兩周的實訓中加強了自己的動手能力，學會了很多處理故障的方法和思想，也得到了不少快樂。與同學的交流和互助讓我體會到了濃濃的同學感情，原來大學并不是我們感覺的則冷漠，只

16、是我們交流的時機太少了，感這次實訓給我和同學一個很好交流的時機。另一方面書本的知識得到了穩(wěn)固，實訓中提高了自己對知識的興趣。第三：我覺得最主要的是從中學到了書寫標準報告的方法，第一次書寫這么嚴格而標準的報告，感覺很多地方都不懂，通過一步步的摸索還是得到了不少東西，這對于以后我們的學習很有幫助。兩周的實訓完畢了，我希望以后更多的進展這樣的實驗，實訓確實讓我們學到很多書本之外的東西，很期待下一次實訓。6. 參考文獻1吳友宇. 數(shù)字電子技術(shù)根底. ：清華大學，20092周新民. 工程實踐與訓練教程. ：理工大學，20093原. 電路分析根底. ：電子工業(yè)，2011目錄 TOC o 1-3 h z u

17、 HYPERLINK l _Toc4554930261.技術(shù)指標 PAGEREF _Toc455493026 h 1HYPERLINK l _Toc4554930271.1初始條件 PAGEREF _Toc455493027 h 1HYPERLINK l _Toc4554930281.2要求完成的主要任務 PAGEREF _Toc455493028 h 1HYPERLINK l _Toc4554930291.3技術(shù)要求 PAGEREF _Toc455493029 h 1HYPERLINK l _Toc4554930302. 設計方案及其比擬 PAGEREF _Toc455493030 h 1H

18、YPERLINK l _Toc4554930312.1 方案一 PAGEREF _Toc455493031 h 1HYPERLINK l _Toc4554930322.2 方案二 PAGEREF _Toc455493032 h 2HYPERLINK l _Toc4554930332.3 方案三 PAGEREF _Toc455493033 h 3HYPERLINK l _Toc4554930342.4 方案比擬 PAGEREF _Toc455493034 h 3HYPERLINK l _Toc4554930353. 實現(xiàn)方案 PAGEREF _Toc455493035 h 3HYPERLINK l _Toc4554930363.1實現(xiàn)方案原理 PAGEREF _Toc455493036 h 3HYPERLINK l _Toc455493037