交通灯设计报告电子线路设计报告.doc

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1、目录前言2设计任务3第一章 方案的论证与选择31 方案的论证32 方案的选择3第二章 设计原理4第三章 各部分电路6 1秒脉冲信号发生器6 2 定时部分9 3 倒计时显示部分11 4 控制部分电路13 5 信号灯部分电路14 6 总体电路设计16第四章 心的体会17第五章 附录18前言电子课程设计是电子技术课程的实践性环节之一，是对所学的电子技术基本理论知识的综合运用。课程设计是根据某一课题技术指标或逻辑功能的要求，进行电路的独立设计，实验安装，调试，改进和写出实验总结报告。根据这次课程设计的内容和要求，首先进行整体方案的构思，通过在图书馆和网上查找资料以及自己对一些知识的掌握，经过分析和比较

2、，选取一种可行性高、电路相对简单的方案。此设计中选用了比较常见的元器件来构成各单元电路，选取所需的原件后，对各单元电路的参数进行了计算，然后进实验室进行电路的安装和调试。在实验室里进行几天的电路安装和调试期间还进行部分方案的修改和改进，最后实现了课程设计及的大部分内容任务。但此方案还有些地方不够完善和不妥之处。伴随着社会的发展以及人类生活水平的提高,汽车的数量越来越多，单单依靠人力来指挥交通已经不可行了，所以，设计交通灯来完成这个需求就显的越来迫切了。为了确保十字路口的行人和车辆顺利、畅通地通过，往往采用电子控制的交通灯信号来进行指挥。第一章 设计任务 用红、黄、绿三色发光二极管作为信号灯，设

3、计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行。1、每次通行时间都设为25s。2、每次由亮绿灯转换成亮红灯时，要求黄灯先闪烁5s，作为变换运行车道的过度状态。3、黄灯亮时，要求每秒钟亮一次。4、定时器要求采用递减即使方式进行设计，并用7段数码管显示。 第二章 系统方案论证与选择 1 在设计之前，我们进行了大量的方案的论证，其主要有以下几种方案一 其系统方框图如图2.1所示多谐振荡器多级分频器器定时器控 制 器译 码 器红绿灯显示器器器倒 计 时 显 示 部 分频器器 图2.1该方案的核心部分为定时器和控制器。由由定时器实现定时功能，即各个信号灯所亮的时间，来控制

4、道路的通行时间。控制器的主要作用是控制电路中各路信号灯的转换。方案二：该方案的总体设计思路与方案一相同，区别在于对控制器部分采用了不同的电路来得以实现，其原理如下图所示。2 在对电路仿真的过程中发现方案二与方案一相比电路较为复杂，不利于实际电路的制作与焊接，故本次设计采用方案一。1.3 设计原理交通信号灯的原理图如图所示：由控制器，定时器，译码器和显示部分组成。秒脉冲发生信号为控制器和定时器的标准时钟信号源，译码器控制两组信号灯的亮灯方式；控制器是控制系统的主要部分，由他控制定时器和显示部分工作。多谐振荡器多级分频器器定时器控 制 器译 码 器红绿灯显示器器器倒 计 时 显 示 部 分频器器

5、第三章 各部分电路设计31 秒脉冲信号发生器 图3.1为秒脉冲信号发生器的电路设计图，其核心部分为NE555定时器，R1=R2=50K, ,脉冲周期T=0.7(R1+2R2)C2=1S;C1=0.01UF是为保证脉冲输出的稳定。 图 一555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图3.2所示，按输入输出的排列可看成如图所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可

6、使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。图 图 3.2由555定时器构成的多谐振荡器如图3.3所示，其工作波形见图。接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电到2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端(DIS)接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端(DIS)不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，

7、如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度TL0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7(R1+R2)C，由电容C充电时间决定，脉冲周期TTH+TL。图3.3 另外，秒脉冲还可以由芯片CD4060和74LS74及其外围电路构成如图3.4，该电路选用石英晶体结构成振荡器，在经过分频电路得到秒脉冲。振荡器的频率越高，计时精度越高。如果精度要求不高也可以采用集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器以及由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。因此，该设计选着由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器来产生秒脉冲。 图 3.4二 定时部分该部分的核心部件为两个74LS19

8、2可逆计数器，由于本次设计为25进制，故需两片192进行级联，具体电路如图3.5所示，U1为十位计数端，U2为个位计数端，本次设计采用递减计数方式实现25减到0，另外，此电路还可以实现25进制和5进制的相互转换。 图 3.574LS192的芯片（如图3.6）资料CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。 BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。 图 3.6三 倒计时显示部分显示部分由74LS248和共阴极七段数码管组成，74LS248作为译码器，对74LS192的

9、输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS192的计数。即交通灯需要显示的时间。由于采用的是共阴数码管，故公共端要接地。其次，若采用共阳数码管，则译码器要选择74ls247或74ls47。设计电路如图3.7 。 图 3.7数码管资料： 数码管图数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定； 小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA为防止数码管电流过大，需在数码管的每个输入端加上一个200欧的限流电阻。数码管使用注意事项说明：a、数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角

10、；b、焊接温度：260o；焊接时间：5sBCD码七段译码驱动器此类 译码器型号有74LS247(共阳)、74LS248(共阴)等，本实验采用74LS248 BCD码锁存/七段译码 /驱动器。驱动共阴极LED数码管。74LS248引脚图其中：A、B、C、D-BCD码输入端 a、 b、c、d、e、f、g-译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数据管。-测试输入端，=“0”时，译码器输出全为“1”。-消隐输入端，=“0”时，译码器输出全为“0”LE-锁定端，LE=“1”时译码器处下锁定(保持)状态，译码输出保持在LE=0时的数值，LE=0为正常译码。四 控制部分该部分74LS161和74L

11、S192组成。当192的计数状态每转换一次，74LS161便计数一次。其原理如下：计数脉冲为74LS192的借位输出端BO，当74LS192的输出为0000时，BO的状态转换为高低高，此时便会产生一个上升沿，使74LS161计数。如下表所示： 时间5025050250Q3Q2Q1Q0000000010010001174LS161是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。74LS161的逻辑电路图和引脚排列图，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0 ，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片

12、集成计数器的级 联提供了方便。74LSl61的逻辑电路图和引脚图（1）异步清零功能：当CR0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。（2）同步并行预置数功能：在CR1的条件下，当LD0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3Q0所接收。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。 （3）保持功能：在CR=LD1的条件下，当TP0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数） 。 （4）同步二进制计数功能：当CRLDPT1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数

13、脉冲后，电路 将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。 （5）进位输出C：当计数控制端T1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。表1 74LS161的功能表五 信号灯部分信号灯的状态由74LS161和2-4译码器74LS139的输出端进行控制。其真值表如下所示：Q1Q0灯的状态00甲红乙绿01甲红乙黄10甲绿乙红11甲黄乙红但在实际制作中，会需要大量的与门，会给焊接带麻烦，故用一片74LS139来代替部分与门电路。其具体设计如图八所示。改进后的信号灯状态Y3Y2Y1Y0的关系如下表：Y3Y2Y1Y0Q1Q0灯的状态111000甲红乙绿110101甲红乙黄101110甲绿乙红01

14、1111甲黄乙红74LS139功能及真值表如下0 表二译码器真值表另外，此次设计中，要求黄灯闪烁5秒，为完成此要求，可将脉冲信号与Y3,Y1相或后分别接到两条道路上的黄灯，当脉冲为高电平时，黄灯亮，当为低电平的时候黄灯灭，这样便可实现黄灯的闪烁。S 图 3.8六 总体电路图 第四章 心得体会与收获在长达两个星期的设计与制作的过程中，我们有了许多的收获与感受。首先，此次课程设计对理论知识和动手能力都有着比较高的要求，是一个典型的理论结合实际的设计。另外，要求有一定的逻辑思维能力以及创新能力，虽然本次我们所做的课题各种资料即网络上都有，但大部分千篇一律，并没有多少创新，然而我们在设计的过程中主要注

15、重自己的思考，以自己的思维设计出了属于我们自己的电路。在本次设计与制作的过程中遇到了很多困难，从开始的方案设计与讨论到最后的制作与调试，每个过程都有很多的困难。比如如何设计电路最简单等等；另外，在焊接的过程中叶存在着许多问题，例如虚焊，导线短接了，芯片的损坏等等。但我们都一一检查并发现了错误，克服了困难。此次设计不仅提高了我们的实际动手能力，也使得我们的理论知识得以加强。虽然本次课程设计时间长，成本大，但它促进了我们队友之间的团结合作。另外，再次也要感谢指导老师王鹏对我们此次设计的指导与帮助。附录 所用器材器材型号数量定时器NE5551计数器74LS192274LS1611数码管驱动74LS24822-4译码器74LS1391非门74LS043或门74LS321LED灯6电阻200欧17100K120K1电容10uf110nf1 17