交通灯控制电路设计+设计流程图+设计电路图+实物图

交通灯控制电路设计 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、 迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁 止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。实 现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意义。 1 、设计目的 1.掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。 2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。 2 、设计任务与要求 1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。 2.当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主 干道亮红灯。 3.主支干道交替允许通行，主干道每次放行 30s、支干道 20s。设计 30s和 20s计时显示电路。 4.在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮 5s的黄灯作为过渡，设 置 5s计时显示电路。 3 、原理电路设计 1设计逻辑流程 2方案比较及整体电路 方案一 根据题目，主支干道红绿灯分时亮可以分成四种状态。若采用两个 JK 触发 器即可满足。 考虑到主支干道计数的不同，需要从计数器那里产生一个信号，来使 JK 触发器 改变状态。 当然可以通过逻辑推导，然后用各种基本的数字器件，如与非门，来产生一个 满足要求的信号。但是用到的器件比较多，而且布线较复杂。所以不采用这个 方案。 方案二 鉴于方案一，考虑采用中规模集成电路，因此选择使用了数据选择器。将计 数器某个计数到的信号，如 5s，接到数据选择器的数据输入端，然后将由 JK 触 发器产生的表明四种状态的信号 Q2 和 Q1 接到数据选择器的地址代码端。 这个方 案解决了方案一的问题，所以采用了这种设计方法。 方案三 按照 JK 触发器习惯的接法， 由数据输出端来的信号接到 J 或 K ， 但是若计数 器采用置零的方式，信号有效的时间很短，这就要求触发器有较高的扫描频率， 但是计数器的频率已经固定是 1s，造成同一个频率电路，却需要不同的频率。 因此采用直接接进触发器的使能端。至此，确定了最后的方案。 3单元电路设计及电路的工作原理 为了便于分析, 把一些单元电路从整体电路中分离出来, 同时为了电路的简 洁明了, 分析电路的逻辑时, 还把次要的元件暂时移除. 单元电路各部分以及功能 如下 控制电路 主控电路是本课题的核心，主要产生 30s、20s、5s三个定时信号，它的输 出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯， 另一方面控制定时电 路启动。主控电路属于时序逻辑电路，可采用状态机的方法进行设计。 主干道和支干道各自的三种灯（红、黄、绿） ，正常工作时，只有 4 种可能， 即 4 种态 主绿灯和支红等亮，主干道通行，启动 30s定时器，状态为00； 主黄灯和支红灯亮，主干道停车，启动 5s定时器， 状态为01； 主红灯和支绿灯亮，支干道通行，启动 20s定时器，状态为11； 主红灯和支黄灯亮，支干道停车，启动 5s定时器，状态为10。 控制电路图如下 控制电路产生四种状态原理简述如下通过 Q2 和 Q1 控制数据选择器和 1-4 译 码器， 从而选出进位信号， 从而通过 D 型触发器的置 1 和清 0 端来改变 Q2 和 Q1， 从而达到改变状态。 交通灯显示电路 根据要求，列出真值表如下 输入 输出 Q2 Q1 R Y G r y g 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 根据真值表就可列出每个灯的逻辑表达式，从而画出电路图，在这里采用 1-4 译码器 74HC139器件。交通灯则用发光二极管替代，采用高亮的，正常工作时的 压降大概是 2V，电流需保持在 3-20mA之间，需加限流电阻，电阻取 510欧姆， 电路图如下 主干道计数显示电路 依据要求，必须使用两个 74LS160计数器才能满足，通过与与非门的组合， 从何组成 30s，20s和 5s 三种计数状态。由于主干道由绿灯跳到黄灯时，次干道 仍然处于红灯状态，为了主次干道的灯看起来不会有计数的显示混乱，因而采用 主次干道相对独立计数，也就需要四个计数器。 为了能正常显示阿拉伯数字，需要接译码器 74LS48，由 74LS48是输出低电 平有效，所以显示电路中采用共阳数码管。数码管是高亮数码管，宜加上限流电 阻，取与发光二极管上的限流电阻一样，取 510欧姆。 计数器在脉冲进来时就开始计数，使脉冲宽带为 1s，这样就可以按时间计 数，达到 5s 或 20s等，利用与非门组成一个进位信号，然后接到数据选择器。 通过数据选择器来与主电路联系。 由于其他计数器的接法与该图的计数器的接法相类似， 作为十位的计数器的脉 冲由个位计数器的进位信号，通过一个反相器，接到十位的脉冲输入端。 计数显示电路的其中一部分 时基电路 本设计的电路由于对时基的准确性要求不是很高，故不采用晶振，采用由 555为主要器件的多谐振荡器。 电源接通后，UCC通过电阻向电容充电。电容上的电压按指数规律上升，当 达到一定电压时，因 Uc 与阀值输入端 TH 相连，使比较器 1 输出翻转，输出电压 为 0 ，同时放电管导通放电，达到一定值时，比较器 2 工作，输出电压变高电平。 这样周而复始，形成震荡。 多谐振荡器的震荡周期为 T0.7R12R2C 这里的电容取 10u，则电阻 RI 与 R2 分别取 100k和 21k，当然仍然需要接个电位 器来替代一般的电阻，这样才能获得较准确的脉冲频率。 具体元件清单 74LS00 二个 74LS160 四个 74LS153 一个 74LS32 一个 74LS74 一个 74LS139 一个 LM555 一个 电阻若干 电容若干 以上主要采用 74LS系列，如果考虑到性价比的因素，可以采用 74HC系列功能完 全一样，但是性能更强。 调试过程 焊接完成以后，就对时基电路进行测量，发出输出的脉冲不符合要求，直接 的反映就是计数器几乎在同一时间，计入两个脉冲。从万用表可以看出，脉冲信 号在很短的时间内，有两次跳跃，也就是出现了两次上升沿。为此，接入一个缓 冲器，即非门，来调整波形，输出就满足要求。 控制电路焊接比较成功，没有出现焊锡短接的现象，一开始，就能按我原本 的设想那样工作。至于显示电路，由于绿灯的要求比较高，而我将它与红灯一样 考虑，相对比较暗，但是还是可以接受，所以就没有改动。 总结 首先， 由于考虑不周全， 采用按顺序数上去， 不太符合生活习惯。 在验收时， 老师就指出了我的错误，并给予了建议。虽然该设计能实现我预期的功能，由于 上述原因，也就大打折扣。 通过这次课程设计，使我对电路设计的流程有比较清晰的了解，也对其中应 该注意的问题有所了解，也纠正了我以前的一些错误的看法。比如我以前认为芯 片越少，焊接就越容易。其实不然，还要考虑元件相互间的联系程度，由于采用 单面板，在线相互交叉，最后只能用跳线，致使板面不美观，同时也降低了抗干 扰能力。 电路的设计不是一件简单的事情，需要有严格