基于数字电路的交通灯设计-本科毕业论文.doc
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1、目 录前言11 交通信号灯控制电路的概述22 单元模块42.1 电源模块42.2 秒脉冲发生模块52.3 计数模块72.4 逻辑电路模块82.5 分频器模块103数字电子钟电路的仿真与调试123.1仿真软件的简介123.2交通信号灯控制电路的仿真133.3 控制系统电路的实现153.4调试方法173.5调试过程中发现的故障、分析原因及解决的措施174 总结18参考文献:19xx师范学院2016届本科毕业论文基于数字电路的交通灯的设计学生:xxx(指导老师:xxx)(xx师范学院电子工程学院)摘 要: 通过我们对51单片机掌握,来对校园课间铃声的简单设计,这里阐述并且熟练利用Protues此款仿
2、真软件,我们设计一个简单的校园课间铃声系统。该控制器完成了对校园内课间铃声的控制。利用Protues 来作为设计的平台,可以较为便捷地设计出相关电路,同时运用了较为庞大的虚拟逻辑电路器件对电路进行仿真以及证明是否能够达到设计的需求。因此在与传统的设计方法比较,它更具效率性。这里,利用数字逻辑电路位基础,从而通过仿真现象来直观的达到,交通灯控制电路可以自动控制其十字路口的红、黄、绿交通灯的状态转换,来指挥种种车辆和行人能够安全通过,最后达到交通灯的管理智能化。关键词: Multisim 10;四分频器;555定时器;逻辑电路The design of traffic light based on
3、 the digital circuitStudent: xxx(Faculty Adviser:xxxxx)(Institute of Electrical Engineering, Huainan Normal University)Abstract: as humans, we have no doubt that they have the ability to communicate, if we are in accordance with a set of pre specified language specification and write, you can succes
4、sfully communicate with each other. Both to perceive the sound as a discursive or on a piece of paper draw a picture, once humans learned to practical tools that will automatically use them. For electronic communications, communication between electronic devices can only be done in compliance with a
5、 set of predefined rules and standards. Open system interconnection model for communication system protocol stack is the most basic example. Image transmission is a computer network and communication technology, such as an integrated system. Should be a large amount of information, class capacity is
6、 more intuitive. The use of the process is more convenient and widely used in various fields. However, in a small number of home or home address, such as the occurrence of environmental occasions, how to quickly mature to extract useful images. Is the focus that people always pay attention to. contr
7、ol the red, yellow, green crossroads the traffic many of light on the state transition, to command all vehicles and pedestrians to pass safely, finally reach the intelligent management of traffic lights.Keywords: Multisim 10; the fourfrequency divider;555 timer; digtal logic circuit前言在现代的城市中,伴随着人口和汽
8、车的数量猛增,市区交通拥挤情况日益突出,假如没有交通灯的使用,可能车水马龙以及络绎不绝的汽车就会因为混杂而造成非常担忧的阻塞。因此,交通灯是城市交通的安全管理设施,同时也是交通管理部门的重要手段。21世纪是信息数字化的时代,信息时代以数字化为基本特征。当前,数字在电子方面的技术在逐渐应用到了微电子、电力通信、计算控制以及电气自动化等领域1。伴随着我国的现在经济建设在不断地大力发展进行中,人民的现在的生活水平在日益变好,老百姓家家户户陆陆续续都购买了轿车,同时增添了马路中川流不息的公共汽车以及出租车,北京、上海等一线城市的交通情况异常的恶劣。所以,随着经济的发展,人们也意识到了问题的重要性。在大
9、力建设道路的同时,也加强了对道路的管制,使道路的拥挤情况一步步改善。但是,随着车流量的不断加大,道路的管辖收到了局限性,道路的繁杂以及人群的分散,大力发展道路的扩建工作并未能解决根本性的问题,在这一问题上,交通管理方面受到了有一定的制约2。为此,在找到一款可以自动控制这种繁杂交通的装置很极其重要的,也是解决问题的关键所在。此种情况之下,城市的交通控制灯就在我们生活中发挥了至关重要的作用了,并且以及城市交通重要管理的首选手段。城市中的交通相关控制是运用于城市管理交通的数据方面监测、交通控制灯的掌控与交通疏通的全面控制,从而成为当代我国城市道路交通重要监控指挥系统中的关键性力量2。因为当代数字电子
10、技术和模拟电子技术的发展尤为迅速,诸如此类的产品的设计也越来越多,像此处设计的交通信号控制的交通灯系统就是其中的产品之一。也是适应当代人类需求所在。交通信号灯的控制电路在生活中运用的相当广泛,在利用种种组合逻辑电路的组合同时加上秒脉冲的激励,这样就可以明确地将信号通过灯的亮灭情况直观的反映出来,有利于我们的观察,从而解决交通中出现的种种麻烦。交通灯具备亮灭相当定时精确,呈现非常明了,无机械做工,无需人为的去的调整等优势。在人口比较密集的地方应用的尤为广泛。交通信号灯控制电路想要设计的思想涉及到数字电子电路和模拟电子电路两个领域。当然,其中绝大多数部分是利用了数字电路部分:译码器、计数器、逻辑组
11、合电路、时序电路、各类触发器,555定时器等有关的设计原理3。城市交通十字信号灯控制系统电路的模拟设计与仿真不单单加深了我们对数字电路相关知识的了解,同样对城市交通信号灯当中的相关控制电路的组合逻辑电路和时序电路的巩固,本研究进一步的组合逻辑电路和时序电路的原理和使用方法,为数字电路的生产提供了基本的观念和保障。由交通灯出现到现在,其中的内部构成的电路在不断变化,设计方法同样变得多种多样,是交通灯的智能化日益突出5。特别是近年来,随着电子通信和计算机技术,数字电路设计与分析的方法不断升级,电子设计自动化逐步在现代电子设计中占有重要的地位。此交通灯控制系统利用小规模集成电路来形成交通信号灯控制电
12、路中的硬件部分,再通过555定时器组成的多谐振荡器来形成秒脉冲产生电路,D触发器的触发T转换4分频电路,然后形成一个带12扭环计数器由74LS164,对于组合逻辑电路来完成它的逻辑功能的控制6。最后一步则是在电路的仿真软件当中画出交通十字信号灯当中的控制电路的整体电路。1 交通信号灯控制电路的概述大多数的十字路口交通信号灯的实现环境如图1所示:北西东 南图 1-1 交通灯示意图整个体系是有五个大部分表现出来,分别是:显示器电路、秒脉冲的信号发生器电路、控制器电路、555定时多谐振荡器电路、译码器。此次设计的交通信号灯的控制电路的整体逻辑图形如图2-2当中所示。系统是由12进制的扭环形计数器、5
13、55定时器组成的多谐振器、以及稳压电源的构成、双D触发器所构造的4分频器和相关的组合逻辑电路。555定时器形成的振荡电路出现的信号通过分频器发出4秒的脉冲,再将4秒的脉冲传入到计数器当中,这样从而控制交通灯当中的红、黄、绿灯的工作状况。其整体的相关电路图如图1-2所示。系统逻辑电路南北方向的信号灯东西方向的信号灯组合逻辑电路 12进制计数器 4分频器 秒脉冲的产生电路系统的控制开关图 1-2 整体电路框图 本体系所利用的相关工作原理:黑天信号灯处于工作状态,计数器则被置于0,关闭,当A与B输入为0,则绿灯和红灯关闭。在555的定时多谐振荡器出现了秒脉冲的信号是1的时候,此时灯黄工作,是1的时候
14、,灯黄不工作。形成黄灯一闪一闪的工作现象。当在日间的情况下,也就是开关处于关闭的情况,计数器处于通常的运行情况,这里在直流稳压电源从而供应了5V的直流电压,555定时器所配合而成的多谐振荡器是2脉冲,A、B输入1,通过组合逻辑而成的电路结构,并通过,或无照明时条件下,20秒时绿色光时方向,然后黄灯亮4秒,然后红灯亮24秒。在方向为绿色光和黄色光,在另一个方向的红灯。灯的光在一天的流程图如图1-3所示。 南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮5t 南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮1t 南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮5t 南北方向绿灯亮,东西方向黄灯亮1t 图1-3 灯光信号指示的流程图2 单元模块2.1
15、电源模块电源电路如图3-1所示,直流电源包括降压变压器,整流二极管(整流),滤波电容器,电压调节器集成电路芯片四部分。5V直流电源的电压通过变压器降压,电220V交流9V,经整流桥整流整流滤波稳压直流电压5V和7805。的任务是为整个电路提供直流电源直流电源。所以要在满足电路的实际情况下,其稳压电源等必要得到整体的需求7。在正半周u2是此次需要变压器的次级相关电压,这就是说A是+,这时B是-,打开二极管的与,停止、D4。路径是:从电流通过二极管D2,启动,负载,在D3回到B。如果二极管的压降可以忽略了差异,在R2电压U0 U2。当U2在负半周期,即负B为正,二极管D1,D4导通,D2 D3截止
16、。目前的路径是从B,D4,R2回到原点,如果我们忽略二极管的正向压降约为U0 - U2。从图上看出,没有u2的正和负半周怎样的变换,通过R2的电流i方向始终保持不变,也就是有C流向D。两个桥臂我们把它分为是1组四个二极管在工作的时候是轮番依次导通。不过,负载电路里,这里可获取全部脉冲当中直流相关电压u和电流i。这是由于这种整流是归于全波整流的类型当中。 图2-1 直流稳压电源电路图2.2 秒脉冲发生模块 这里的多谐振荡电路是有秒脉冲发生的电路产生的,然而这里能够利用门电路,还有相关的两个器件,分别是电阻和电容来形成的多谐振荡器,当然了,我们同样能够使用555定时器,以及同上的器件来构成需要的多
17、谐振荡电路。 将基本RS触发器,双极晶体管和输出缓冲区,外接电源端子8针,第八针,第一回合的接地端,第三个输出四,直接复位端,引脚第五电压控制输入端,第六脚为二脚复位控制终端,控制终端的位置,第七脚放电端4。如下2-2呈现的CB555的电路构成图,2-3呈现的555定时器相关引脚图。在这里我们为了方便起见,选用了555定时来构成和西线多谐振荡器达到效果。图 2-2 CB555电路图 图2-3 555定时器的引脚图 估算T周期和f频率重要的公式:,等于正5伏是电源的压降,C2的电路图是为了防止对振荡电路的电磁干扰的影响,一般用于陶瓷电容0.01uF。当然,这次整理思路里面我们采取的输出时间等于1
18、s,采取的电容等于1微法,R电阻值等于560,按照时间振荡周期相关公式,择取的电阻值等于560。当所要求的元器件选择完成后,根据连接电路的电路图如图2-4。 图2-4 多谐振荡器示意图2.3 计数模块 74LS164为通过八位而形成的串行方式输入和并行方式输出的原理形成为移位寄存器而突显出扭环形的12进制的计数器。信息通过一个二一和B串行输入的:当所有的输入作为1级控制,信息输入到另一个输入。或两个输入端连接在一起,或没有连接到一个高层次的输入,必须不停止9。当然,其具备了异步清零功能,同样还有保持功能、计数功能、置数功能,如图中2-5为它的引脚布列与逻辑符号示意图,其相关的逻辑功能见表2-1
19、。 图2-5 74LS164引脚布列和逻辑符表2-1 74LS164的相关逻辑功能表 经过74LS164所呈现的12进制的扭环型的计数器系统,里面脉冲通过了4分频再通过四秒脉冲信号之后,CP脉冲信号是12进制的计数器。当中的电路图与相关功能表如图2-6所示。 图2-6 计数器电路图2.4 逻辑电路模块逻辑控制电路是电路设计的核心,它是根据对灯光的要求由交通灯控制(通常通过驱动电路来控制信号灯)。它是根据日间我们对于交通灯的亮灭需要,通过把数字电路当中的时序部分当成组合部分的输入来实现,同样组合部分的逻辑电路的输出作为交通灯的驱动信号10。晚上的工作还需要一个组合逻辑电路,通过功能的实现第二脉冲
20、。控制电路的特点:从照明的要求可以看出,输出是平行的南北方向如:绿色的光,红色的光;南北方向黄灯亮时,东西方向红灯亮;南北方向红灯时,东西方向绿灯亮;黄色光的南北方向,东西方向红灯亮;南北方向的红灯,东西方向的绿色光;南北方向红灯亮时,东西方向黄灯亮。组合逻辑设计,组合逻辑电路:12位2进制计数器作为一个组合逻辑电路的输入,输出信号和组合逻辑电路来驱动一个东西和南北方向的光11。组合逻辑电路的原理图如图2-7所示。如表2-2所示组合逻辑真值表。图 2-7 组合逻辑电路的原理图 表 2-2 组合逻辑电路的真值表2.5 分频器模块 这里运用的扭环形12进制计数器,它采取t是4s,也就是CP脉冲是4
21、s。为了保持整个电路的步骤,4秒脉冲应使用第二脉冲分频得到的,这需要一个4分频器电路的设计。第二脉冲为4频率脉冲后得到4秒,十二进制计数器的CP脉冲。5这里设计所运用74LS74双D触发器形成的逻辑电路是四分频器。促进555多谐振荡器和4分频器可以配合构成逻辑电路供应4秒脉冲。表3-3为D触发器动能表如表3-3,四分频器为图3-8。 图 2-8 四分频器的电路原理图表 2-3 D触发器功能表 CP D Qn+1 0 X Qn 1 0 0 1 1 1 两个独立的D双D触发器74LS74中上涨,每一 个触发器的D为数据输入、Q和Q为数据输出、CP为时钟的输入、和分别为置数和复位。、低电平,则输出预
22、设值或者是明确的,无论其水平或其他的投入12。当、都是无效的(电平为1)时,以CP的上升沿所传输输出端口来满足D数据建立。图3-9为74LS74的管脚排布,表3-4为74LS74的功能表。 表 2-4 74LS74的功能表 图 2-9 74LS74的管脚排布3数字电子钟电路的仿真与调试3.1仿真软件的简介伴随着微电子和电子科技行业的大力上升, 并且在全世界都受到了广泛的影响,我们通常很多活动多少都会涉及到计算机当中的相关仿真模拟软件,从而更直观的反应了现实生活中的相关活动13。那么EDA就是其中一个仿真体系,EDA(电子设计自动化)重要领域在当今的电子有关行业当中已经占据了重要地位。它的全称为
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