十字路口交通灯控制器.doc
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1、1 设计任务描述1.1 设计题目:十字路口交通灯控制器1.2 设计要求1.2.1 设计目的(1)掌握十字路口交通灯控制器的构成、原理与设计方法; (2)熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求(1)设计一个具有三种信号灯(红、黄、绿)的十字路口交通灯控制器,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留出时间停在禁行线外;(2)主、支干道交替允许通行,主干道每次放行60秒,黄灯亮5秒;支干道放行20秒,黄灯亮2秒;(3)各倒计时电路显示。1.2.3 发挥部分(1)行人指示灯显示(2)盲人的音响提示2 设计思路交通灯是我们日常生活中所常见的,随着不同的时间自动更换不同颜色的灯是整个
2、交通灯控制系统的主要部分,在生活中也经常能够看到,其便利之处在于能脱离人为的操控,实现了自动的目的。我所设计的十字路口交通灯控制器由脉冲发生电路、分频电路,计数电路、译码显示电路、音响电路,整形电路,这五大部分组成,五个部分的分工协作实现了这个交通灯控制器系统的功能。此系统的大致行程是人为预置一个时间,由脉冲电路发起,秒脉冲要的是1Hz作为脉冲计数,但是我所设计的脉冲产生源是由555多谐振荡器产生的脉冲,所以脉冲过高,因此我用三块十进制计数器,作为分频使用,其分频原理为前一个计数器计满它的一整个进制才会以进位端输出信号,将这个信号接入下一个计数器的CP,那么第二块计数器的计数频率就会降为f/x
3、(f为振荡输出频率,x是进制数)从而达到分频效果。为使该系统具有切换显示时间的功能,必须加入一个器件,其功能是如果倒计时达到了预置时间即跳到下个环节,即将倒计时计数器输出端OC传入一个由十进制计数器构成的三进制计数器,在倒计时显示时,要求显示器显示由预置端预置数开始倒计时,每次到“00”时都要切换到下一个预置数。十字路口主干道和支干道的连接是用秒脉冲信号和第一时间弹簧按钮组成。我设计的音响电路是用555单稳态触发器和555多谐振荡器构成的,单稳态触发器的作用是给多谐振荡器提供一个持续的脉冲宽度,以保证其定时响铃。多谐振荡器的作用是产生不同的频率而实现不同的声音,因为人的耳朵多能听到声音的频率范
4、围是20HZ到20000HZ,所以我选择500HZ和5000HZ,从而,达到不同的声音,是盲人能分辨出来。3 设计方框图显示器B交通灯B显示器A交通灯A显示器A显示器A译码器B译码器A计数器B计数器A控制器A控制器B秒脉冲信号盲人音响4 各部分电路设计及参数计算4.1 秒脉冲产生电路 振荡器是整个电路的输出源,只有振荡器不停的工作才能保证电路中源源不断地脉冲信号输入,我采用的是555定时器组装改成的多谐振荡器,多谐振荡器是由两个单稳态触发器构成的,在总电源与振荡器之间加一个开关,当开关闭合后,电流输入,振荡器开始工作,并输出一定的脉冲信号,我选用的电阻为1.6K和2.0K,选用电容C=0.1F
5、为要求输出频率为1000Hz,内部比较器灵敏度较高,而且采用差分电路形式,它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。 图4.1.1 555多谐振荡器的逻辑电路图4.1.2 555多谐振荡器的工作波形图4.2 分频电路 该课程设计要求为做一个倒计时计数器,所以计数器需要以1Hz作为CP脉冲信号作为计数信号,而振荡器所产生的脉冲信号频率过高,所以我用三块十进制计数器,作为分频使用,其分频原理为前一计数器计满它的一整个进制才会从进位端输出一个进位信号,将这个信号接入下一个计数器的CP输入端,那么第二块计数器的计数频率就会下降,即原频率为F的话则这个计数器计数的频率就降为F/x(x是前一计数器的进制
6、数)从而达到分频效果。图4.2.1 分频器的逻辑电路 表4.2.1 集成计数器74160功能表清零预置使能时钟预置数据输入输出RDLDEPETCPABCDQAQBQCQDLXXXXXXXXXLLLLHLXXABCDABCDHHLXXXXXX保持HHXLXXXXX保持HHHHXXXXX计数4.3 倒计时计数电路计数器作为该设计电路最重要的一部分我使用了CC14522可预置二十1/N计数器,当按下弹簧开关时,高电平加到计数器的预置端,然后计数器就在时钟脉冲作用下进行减计数。(1) 当个位计数器减到“0000”时,再输入一个时钟脉冲,就跳变为其最高位“1001”,其Q4端输出一个“1”脉冲(可以理解
7、为借位信号)使十位计数器减到1.(2) 当十位计数器减到“0000”时,其OC端变为“1”并使个位计数器的“CF”端变为“1”。(3) 当个位计数器再减至“0000”时,其“OC”端变为“1”,并使本位的“EN”端为“1”,计数停止。个位计数器的“OC”端为两位减计时器的输出端。图4.3.1 倒计时计数电路4.4 译码显示电路对于译码器,我选用的是74HC4511七段显示译码器,它输出高电平有效,用以驱动共阴极显示器,该集成显示译码器设有多个辅助控制器,以增强器件的功能。此译码器用于分段式数码显示电路,因为对应于某一组数码,译码器应有确定的几个输出端有信号输出,而此译码器正是有这样的特点,所以
8、被广泛运用到该电路中。在数字测量仪表和各种数字系统中,都需要将数字量直观的现实出来,一方面供人们直接读取测量和运算结果,另一方面用于监视数字系统的工作情况,因此,数字显示电路是数字系统中不可缺少的部分。数码显示器时用来显示数字、文字或符号的器件,一般有三种类型:第一种是字形重叠式,如辉光放电管、边光显示管等;第二种是分段式,荧光数码管等;第三种是点阵式,如场致发光记分牌等。我采用的是共阴极显示器来配合共阴极译码器使用。 图4.4.1 译码显示电路4.5 逻辑控制电路在倒计时显示时,要求显示器显示不同的时间,所以,我需要给计数器加预置数,为了使预置数自动预置。我选择用十进制计数器74HC160所
9、构成的三进制计数器,使倒计时计数器预置端自动切换不同的数据,并使交通灯亮不同颜色,在其输出端加上一些门电路,就会控制音响电路和行人道路交通灯的显示图4.5.1 逻辑控制电路4.6 幅度鉴别电路图4.6.1 幅度鉴别电路 幅度鉴别电路我采用的是用555构成的施密特触发器,从而达到幅度鉴别的目的,把它加到弹簧开关后面 。弹簧开关闭合时,由于弹簧开关存在机械抖动引起脉冲输出,所以需要消除这种干扰。采用施密特触发器消除干扰,输入信号为幅度不等的一串脉冲,要鉴别幅度大于VTH的脉冲,只要将施密特触发器的正向阈值电压,跳到规定的幅度,这样,只有规定幅度大于阈值电压的那些脉冲才会施密特触发器翻转,V0有相应
10、的输出,而对于幅度小于阈值电压的脉冲,施密特触发器不翻转,V0就没有相应的脉冲数出。 4.7 音响电路这个音响电路时由发声电路、555单稳态电路、555多谐振荡器组成,其工作如下:采用一个单稳态电路控制多谐振荡器在规定时间内产生脉冲信号,使扬声器发出声音。首先用一个555定时器构造一个单稳态电路,再用另一个555定时器构造一个多谐振荡器产生不同的频率,将单稳态电路的输出信号接至多谐振荡器4脚复位端,当低脉冲信号经过“或”门传到单稳态555电路时,会使其进入一个输出高电位的暂稳态,持续时间tw=1.1Rc,因为555定时器的4脚复位端为低有效,暂稳态期间3脚输出端高电平便会使4脚复位端失效,多谐
11、振荡器的555电路就可以开始工作产生脉冲信号给扬声器,使扬声器发出声音,充当音响。图4.7.1 报警逻辑电路4.8 锁存电路锁存器的作用是将开关闭合的同时所输出的高电平进行锁存,然后送给秒脉冲信号发生器,使秒脉冲和计数器同时工作,并且使秒脉冲持续工作。 图4.8.1 锁存器电路4.9 微分电路微分电路是用来产生窄的脉冲信号的,会把稳态变为暂稳态。 图4.9.1 微分电路图4.10 参数计算1 555多谐振荡器参数计算电容C的放电时间如式(4.1)所示tPL =R2Cln20.7 R2C式(4.1) 电容C的充电电时间式(4.2)所示tPH = (R1+R2)Cln20.7 (R1+R2)C式(
12、4.2) 555多谐振荡器输出的频率如(4.3)所示式(4.3)f = 1 / tPH + tPL1.43 /(R1+R2)C秒脉冲发生器多谐振荡器555中 Vcc=5V C = 0-1F R1=4.3K R = 5.0K多谐振荡器产生频率为 : F1=1.43/(4.3+2*5.0)* 103*0.1*10-6=1000Hz音响电路中多谐振荡器Vcc=5V C = 0.1F R1=8.6K R = 10K音响电路中多谐振荡器产生频率为 F2=1.43/(8.6+2*10)* 103*0.1*10-6=500Hz音响电路中多谐振荡器Vcc=5V C = 0.1F R1=0.86K R = 1K
13、音响电路中多谐振荡器产生频率为 F=1.43/(0.86+2*1)* 103*0.1*10-6=5000Hz 2 555单稳态振荡器参数计算 输出电压的脉宽tW如所示式(4.4)tW =1.1RC多谐振荡器产生频率为 F=1.431000Hz 得出暂稳态持续时间TW=1.1 R1 C =1.1*0.1*10-6=5.5(S) 5 工作过程分析此系统的大致行程是人为预置一个时间,由脉冲电路发起,秒脉冲要的是1Hz作为脉冲计数,但是我所设计的脉冲产生源是由555多谐振荡器产生的脉冲,所以脉冲过高,因此我用三块十进制计数器,作为分频使用,其分频原理为前一个计数器计满它的一整个进制才会以进位端输出信号
14、,将这个信号接入下一个计数器的CP,那么第二块计数器的计数频率就会降为f/x(f为振荡输出频率,x是进制数)从而达到分频效果。为使该系统具有切换显示时间的功能,必须加入一个器件,其功能是如果倒计时达到了预置时间即跳到下个环节,即将倒计时计数器输出端OC传入一个由十进制计数器构成的三进制计数器,在倒计时显示时,要求显示器显示由预置端预置数开始倒计时,每次到“00”时都要切换到下一个预置数。十字路口主干道和支干道的连接是用秒脉冲信号和第一时间弹簧按钮组成。计数器作为该设计电路最重要的一部分我使用了CC14522可预置二十1/N计数器,当按下弹簧开关时,高电平加到计数器的预置端,然后计数器就在时钟脉
15、冲作用下进行减计数。(1)当个位计数器减到“0000”时,再输入一个时钟脉冲,就跳变为其最高位“1001”,其Q4端输出一个“1”脉冲(可以理解为借位信号)使十位计数器减到1.(2)当十位计数器减到“0000”时,其OC端变为“1”并使个位计数器的“CF”端变为“1”。(3)当个位计数器再减至“0000”时,其“OC”端变为“1”,并使本位的“EN”端为“1”,计数停止。个位计数器的“OC”端为两位减计时器的输出端。 幅度鉴别电路我采用的是用555构成的施密特触发器,从而达到幅度鉴别的目的,把它加到弹簧开关后面 。弹簧开关闭合时,由于弹簧开关存在机械抖动引起脉冲输出,所以需要消除这种干扰。 锁
16、存器电路的作用是将开关闭合的同时所输出的高电平进行锁存,然后送给秒脉冲信号发生器,使秒脉冲和计数器同时工作,并且使秒脉冲持续工作。采用施密特触发器消除干扰,输入信号为幅度不等的一串脉冲,要鉴别幅度大于VTH的脉冲,只要将施密特触发器的正向阈值电压,跳到规定的幅度,这样,只有规定幅度大于阈值电压的那些脉冲才会施密特触发器翻转,V0有相应的输出,而对于幅度小于阈值电压的脉冲,施密特触发器不翻转,V0就没有相应的脉冲数出。逻辑控制电路设计在倒计时显示时,要求显示器显示不同的时间,所以,我需要给计数器加预置数,为了使预置数自动预置。我选择用十进制计数器74HC160所构成的三进制计数器,使倒计时计数器
17、预置端自动切换不同的数据,并使交通灯亮不同颜色,在其输出端加上一些门电路,就会控制音响电路和行人道路交通灯的显示 我设计的音响电路是用555单稳态触发器和555多谐振荡器构成的,单稳态触发器的作用是给多谐振荡器提供一个持续的脉冲宽度,以保证其定时响铃。多谐振荡器的作用是产生不同的频率而实现不同的声音,因为人的耳朵多能听到声音的频率范围是20HZ到20000HZ,所以我选择500HZ和5000HZ,从而,达到不同的声音,是盲人能分辨出来这个音响电路时由发声电路、555单稳态电路、555多谐振荡器组成,其工作如下:采用一个单稳态电路控制多谐振荡器在规定时间内产生脉冲信号,使扬声器发出声音。首先用一
18、个555定时器构造一个单稳态电路,再用另一个555定时器构造一个多谐振荡器产生不同的频率,将单稳态电路的输出信号接至多谐振荡器4脚复位端,当低脉冲信号经过“或”门传到单稳态555电路时,会使其进入一个输出高电位的暂稳态,持续时间tw=1.1Rc,因为555定时器的4脚复位端为低有效,暂稳态期间3脚输出端高电平便会使4脚复位端失效,多谐振荡器的555电路就可以开始工作产生脉冲信号给扬声器,使扬声器发出声音,充当音响。6 元器件清单名称型号数量备注弹簧开关 1集成计数器74HC1608锁存器74HC74 4集成计数器CC145224 可预置二十1/N计 数器555定时器5555单稳态触发器施密特触
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