电子设计交通信号灯控制系统.doc
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交通信号灯控制系统
1 设计目的
(1)熟悉集成电路的引脚安排。
(2)掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
(3)了解面包板结构及其接线方法。
(4)了解数字交通灯电路的组成及工作原理。
(5)熟悉数字交通灯电路的设计与制作。
2 设计思路
(1)设计出时钟发生器电路。
(2)设计可预置时间的计时电路。
(3)设计控制红、绿、黄三个计时器交替工作的控制电路。
(4)设计交通信号灯交替点亮的控制电路。
(5)设计出数码管倒计时的显示电路。
3 设计过程
方案论证
交通信号灯控制系统总体方框图如图1所示。
信号灯
信号灯
控制电路
数码显示管
数码管
电路
状态
控制电路
加和减法
计数器
计数器
控制电路
信号控制灯
译码控制电路
时钟信号发生器
图1 总体框图
(一)方案论证
1. 时钟发生电路设计
使用555芯片设计方波发生器,方波频率为1Hz。555芯片制作的发生器可调,而且精确度也能达到要求;不需要编程控制;价格便宜。
方波发生电路设计如图(1)所示:图一
图(1)
2. 计时电路设计
由于三个信号灯的点亮时间不同,我们设计了三组计时电路,分别记录三种信号灯点亮时间。在此一红灯为例说明我们设计的计时电路的工作特点。
我们选择了用两个可预置数的四位二进制加减计数器(74HC193)分别记录红灯点亮时间的个位和十位。具体电路如图(2)所示:
图(2) :计数器电路设计
又由于三种信号灯需要交替点亮及三组计数器也需要交替工作,我们还设计了三组计数器的工作状态控制电路,在此我们利用了计数器的进位信号来作为状态的控制信号,控制三组计数器的工作状态,具体电路如图(3)所示:
图 (3) 计数器组工作状态控制电路
3. (1)信号灯状态控制电路设计
此模块电路我们采用的是可预置数的加减8进制计数器(74HC160)作为信号灯状态变化的控制电路。在这里,我们利用计数器电路模块中十位上的计数器的进位信号作为74HC160的时钟信号。同时,将74HC160设计成一个三进制计数器,再使用一个或非门构造成信号灯三种状态的变换。由于74系列芯片不能直接“线与”。为了使三个进位信号都能工作,我们选用了一个四输入与非门(74HC13)。具体电路如图4所示:
图(4)信号灯控制电路
(2) 数码管显示电路设计
在此模块电路中我们选用的是BCD—7段译码器(74LS48),由于在计数器电路模块中我们是将74HC193设计成了加法计数器,所以在此模块电路设计中,我们需要将其取反后再连接到译码器的输入端,具体电路设计如图(5)所示:
图(5):数码管显示电路
(3)数码管控制电路设计
由于只需要一组数码管交替显示三种信号灯点亮的时间,所以我们需要一个控制数码管显示状态变换的电路。在这里我们选用的是CD4052(双四选一多路开关)。其地址信号我们利用的是计数器组工作状态控制电路中的输出信号。具体电路如图(6)所示:
图(5) 数码管控制电路设计
(二)1.protues仿真电路全图:
2.主要原器件清单
主要元器件
型号
数量
时钟发生器
555
1个
可预置数的四位二进制加减计数器
74HC193
6个
七段BCD译码器
74HC48
2个
七段数码管
共阴极
2个
JK触发器
4027
2个
双四选一多路开关
4052
6个
六反向器
74LS04
3个
四输入与非门
74HC13
1个
3.组装调试部分:
调试电路的方法和技巧:
首先,断电后进行通路测试,看各高低电平连接是否正常,是不是有虚焊。
接下来,对所连接电路与仿真图进行初步的对照,看是不是有链接错误。
随后通电对电路进行检查,看是否正常。如果不正常,对芯片进行每根引脚的检查,检查引脚高低电平时否与逻辑正常。
我的调试中出现的故障、原因及排除方法:
对于我的电路,开始我用万用表测555一直不出脉冲,所以我选择用函数信号发生器进行了对后面的测试。不过在当天晚上我就将555调试正常,原因在我将10μF电容反接了,随即更正。
我的电路开始循环显示不正常,我先对循环部分进行了检查,发现没问题。于是我去检查74LS48的显示电路,发现有一根输入我错误的链接了高电平,随即进行了修改。又通电试了下,发现循环正常,但是灯不亮。
随即,我对电路进行了与仿真详细的比对,用了我一天的时间,最终将问题缩小在双D触发器上,有一根本该高电平的线,被我接了地。至此,电路可以正常显示。
(三)总结设计电路的特点,并提出改进意见:
我的电路特点:
优点:逻辑部分简单,比资料中的的方法省去2个74LS04。
缺点:我电路的交通灯显示的正常与否,取决于Q0、Q1的初始值。若果Q0、Q1的初始值为0,则正常显示;但如果其初始值不为0,则显示错误,具体表示就是黄灯的时间和绿灯的持续时间将会调换。
改进的
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