数字电路交通控制器设计.docx
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数字电路交通控制器设计.docx
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数字电路交通控制器设计
课程设计报告
题目:
交通控制器设计
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摘要
近年来随着数字电路在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展,数字电路的应用正不断走向深入,由于它具有功能强,体积小,功耗低,价格便宜,工作可靠,使用方便等优点,
因此特别适合于与控制有关的系统,越来越广泛的应用于自动控制,智能化仪器,仪表,数据采集,军工产品以及家用电器等各个领域。
通过本次课程设计进一步对数字电路的学习和应用,从而更熟悉芯片的应用,提高设计能力。
本设计主要设计一个基于对铁路和公路交叉口交通这么一个实际问题的交通控制器,火车通过的时候红绿灯变换以及栏杆的拉起放下,并且用七段显示器显示倒计时的时间,同时蜂鸣器鸣笛。
关键字:
交通控制器74LS19274LS74蜂鸣器七段显示管
交通控制器设计
1.课程设计的目的
2.设计任务与要求
3.方案设计与论证
4.单元电路设计与参数计算
5.电路的安装与调试
6.遇到问题的解决方法
7.结论与心得
8.参考文献
1.课程设计的目的
交通信号灯与我们的生活紧密相连,设计交通灯不仅具有实用性,还加深了本人对数字电路理论知识的理解。
通过这次动手实验,死板的课本知识就融入到动手能力中去了。
《数字电路》是一门发展迅速,实践性很强的电子技术专业基础课程。
由于数字电子技术具有很强的灵活性,我们的日常生活已经越来越离不开它了。
用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路,或数字系统。
由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能,所以又称数字逻辑电路。
现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。
逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。
存储器是用来存储二值数据的数字电路。
从整体上看,数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。
但其发展比模拟电路发展的更快。
从60年代开始,数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。
随后发展到中规模逻辑器件;70年代末,微处理器的出现,使数字集成电路的性能产生质的飞跃。
由于数字电路技术的逻辑性很强,用它来设计交通灯的控制系统很容易实现。
只要数字集成块在一定范围内输入,都能得到确定的输出,调试起来也比较容,电路的工作状态会比较稳定。
这次的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对铁路和公路交通的信号灯的控制,另外还加以倒计时数码管显示。
以做到路口信号灯的仿真模型,这个电路的设计看似较为复杂,其实就是一些基本的数字电路组成。
只要将整个电路的基本方向确定下来,画出电路流程图,在对各项功能进行设计,一步步突破,最后进行整理总结。
2.设计的任务与要求
1.设计报告的的总体要求
设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求;
以组为单位(两人一组)完成设计课题;
合理选用元器件;
按时完成设计任务并提交设计报告。
2.设计电路的功能要求
东西方向是铁路线,火车自西向东或者自动向西运行,P1.P2处是两个压敏传感器,传递当火车到达时候的信号。
当火车靠近的时候,A.B处的栏杆自动放下,南北方向的车辆不能通过。
当火车离开P2时候开始倒数数15秒,用数字显示器显示。
设计一个电路,满足:
1.当火车由东向西或由西向东通过P1P2段,且当火车的任何部分位于P1P2之间时,栏杆A、B应同时放下,否则A、B同时抬起。
2.路口设置红、绿两色交通灯指示灯。
在栏杆A、B放下时,路口的红色交通灯亮,绿色交通灯灭;当栏杆A、B抬起时,路口的绿色交通灯亮,红色交通灯灭。
3.如果火车自西向东开,经过P1点,红灯亮,绿灯灭,车尾经过P1时,红绿灯保持不变,当车头经过P2时,继续保持不变,当车尾经过P2时,红灯灭,绿灯亮。
4.如果火车自东向西开,经过P2点,红灯亮,绿灯灭,当车尾经过P2时,红绿灯保持不变,当车头经过P1时,继续保持不变,当车尾经过P1时,红灯灭,绿灯亮。
3.方案设计与论证
总体分析:
如下图,大致电路电路流程图可以分成这几步
电路流程图
图2-1电路流程图
1.信号由压敏原件X1,X2来发出,当火车压到压敏元件时X1(X2)=1。
2.号Z控制栏杆A.B及交通等的动作:
Z=1的时候,A.B抬起,红灯亮,绿灯灭;Z=0的时候,A.B放下红灯灭,绿灯亮。
3.CP信号:
控制电路的时钟信号,由555定时器产生,5V,1000HZ
分析电路的功能要求可知,电路大致可以分成四个部分:
第一部分,是时钟信号,给电路提供脉冲信号;第二部分,是时控制电路,给数字显示器提供处理后的信号;第三部分,是15秒控制电路,产生一个倒计时的电路;第四部分,时间显示电路。
方案一:
由555多谐振荡器产生1HZ的方波,用D触发器和与非门或非门构成时序控制电路,用发光二极管模拟红绿灯,15秒倒控制显示器由两个74192及两个译码器和七段显示器构成,高位片置数1,低位片置数5,down端接555输出的脉冲,从而实现倒计时,再由74121和555构成一个15秒蜂鸣报警器,倒计时的时候一并鸣笛。
方案二:
由示波器产生1HZ的方波,用74LS74芯片和与非门或非门构成时序控制电路,用发光二极管模拟红绿灯,15秒倒控制显示器由两个74192及两个译码器和七段显示器构成,高位片置数1,低位片置数5,down端接555输出的脉冲,从而实现倒计时,再由74121和555构成一个15秒蜂鸣报警器
由于用示波器不太方便,而74LS74又能简化电路,所以各取所长,用555多谐振荡器产生1HZ的方波,用74LS74双D触发器和与非门或非门来构成时序电路,发光二极管分别表示红绿灯,15秒倒控制显示器由两个74192及两个译码器和七段显示器构成,高位片置数1,低位片置数5,down端接555输出的脉冲,从而实现倒计时,再由74121和555构成一个15秒蜂鸣报警器,倒计时的时候一并鸣笛。
用多谐振荡器虽然产生的方波不太稳定,但是控制好变量,输出的方波还行。
4.单元电路设计与参数计算
1.1HZ信号发生器
由555构成多谐振荡器产生1Hz的脉冲。
由T1=(R1+R2)CIn2T2=R2CLn2可以得到R1R2与C之间的关系,再确定适当比例,求出R1.R2与C。
求得R1=43KΩ,R2=51KΩ,C2=10UF。
LM555芯片介绍
LM555时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组成,是模拟电路和数字电路的混合体。
其中6脚为阀值端(TH),是上比较器的输入。
2脚为触发端(TR),是下比较器的输入。
3脚为输出端(OUT),有0和1两种状态,它的状态由输入端所加的电平决定。
7脚为放电端(DIS),是内部放电管的输出,它有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定。
4脚为复位端(R),叫上低电平(<0.3V)时可使输出端为低电平。
5脚为控制电压端(CV),可以用它来改变上下触发电平值。
8脚为电源(VCC),1脚为地(GND)。
一般可以把LM555电路等效成一个大放电开关的R-S触发器。
这个特殊的触发器有两个输入端:
阀值端(TH)可看成是置零端R,要求高电平;触发端(TR)可看成是置位端S,低电平有效。
它只有一个输出端OUT,OUT可等效成触发器的Q端。
放电端(DIS)可看成由内部放电开关控制的一个接点,放电开关由触发器的反Q端控制:
反Q=1时DIS端接地;反Q=0时DIS端悬空。
此外这个触发器还有复位端R,控制电压端CV,电源端VCC和接地端GND。
这个特殊的R-S触发器有两个特点:
(1)两个输入端的触发电平要求一高一低:
置零端R即阀值端TH要求高电平,而置位端S即触发端TR则要求低电平。
(2)两个输入端的触发电平,也就是使它们翻转的阀值电压值也不同,当CV端不接控制电压是,对TH(R)端来讲,>2/3VCC是高电平1,<2/3VCC是低电平0;而对TR(S)端来讲,>1/3VCC是高电平1,<1/3VCC是低电平0。
如果在控制端CV加上控制电压VC,这时上触发电平就变成VC值,而下触发电平则变成1/2VC。
可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。
2.时序控制电路:
时控制电路由74LS74和74LS04,74LS08组成
74LS74产生触发信号,再经由与门和非门,产生高地电瓶信号,是红绿灯按照要求的规律亮。
3.15秒倒计时显示电路:
由两个74192及两个译码器及七段显示器构成,高位片置数1,低位片置数5,down端接555输出的脉冲,从而实现倒计时。
由74LS192发出倒计时信号给译码器,译码器传递信号给七段显示管,左边的表示十位,右边表示个位。
74LS192功能介绍
其中p0p1p2p3——置数并行数据输入;Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出;MR——清零端;LD——置数端;TUu--加法计数CP输入;TCd——减法计数CP输入;CO——进位输出端;BO——借位输出端。
加减控制方式:
控制信号为1时加计数,为0时减计数。
双时钟方式:
外部时钟从CP+端输入时加计数,从CP-端输入时减计数。
预置功能:
所谓预置,就是控制端=0时,使计数器的状态变成设定的外部输入常数,即
QDQCQBQA=DCBA(输入数据)。
同步预置方式:
=0且下一个时钟有效边沿到来时完成预置。
异步预置方式:
=0后立即预置数据送入各触发器,与CP无关。
复位功能:
所谓复位,就是从复位端输入有效信号后,计数器恢复成初始状态(全0或某个常数)。
同步复位方式:
用复位信号与时钟信号CP配合完成。
异步复位方式:
用复位信号直接完成,与CP无关。
时钟边沿选择:
同步计数器一般用上升沿触发,异步计数器一般用下降沿触发。
有的同步计数器有两个时钟输入端,既可用上升沿触发,也可用下降沿触发。
其它功能:
计数器满模值时,产生一个进位输出CO信号或借位输出BO信号,作为标志信号或进位功能扩展。
计数控制输入端(P、T),用来控制计数器是否计数。
多片计数器级联时,可控制各级计数器的工作。
下表为其功能表
表2-5芯片192功能表
74123单稳态触发器(有施密特触发器)简要说明:
74123为具有施密特触发器输入的单稳态触发器,其主要电特性的典型值如下:
型号
输出脉冲范围
PD
CT54121/CT74121
40ns->28s
90mW
正触发输入端(B)采用了施密特触发器,因此,有较高的抗
扰度,典型值为1.2V。
又由于内部有锁存电路,故对电源Vcc
也有较高的抗扰度,典型值为1.5V。
54/74123经触发后,输出(Q、/Q)就不受输入(A1、A2、B)跳变的影响,而仅与定时元件(CEXTRT)有关。
在全温度和Vcc范围内,输出脉冲宽度为:
tWQ=CEXTRTln2≈0.7CEXTRT。
如果R1选用最大推荐值,占空比可高达90%。
由于内部补偿作用,使输出脉冲宽度的稳定性与温度和Vcc
无关,而仅受外接定时元件精度的限制。
引出端符号:
Cext外接电容端
Q正脉冲输出端
/Q负脉冲输出端Rext/Cext外接电阻/电容端Rint内电阻端
B正触发输入端
A1、A2负触发输入端
功能表
连接后的电路图如图:
5.电路的安装与调试
1、时序电路的安装基本按照电路就可以连接,此时没有连接555定时器,所以没有办法得到CP脉冲,于是用函数发生器得到CP脉冲,测试红绿灯的亮灭是否正确。
2、555定时器的连接没有问题,可以用示波器来检
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- 数字电路 交通 控制器 设计