7.2项目实施剖析.ppt

7.2项目实施项目实施7.2.1 构思简易交通灯控制电 路的设计方案7.2.4 运行交通灯控制逻辑电路 的测试与性能分析7.2.2 设计简易交通灯控制电 路的电路设计与仿真7.2.3 实现交通灯控制逻辑电路 的组装与调试7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v 1.原理框图原理框图 根据设计要求，我们可以知道这个交通灯的控制系统主要根据设计要求，我们可以知道这个交通灯的控制系统主要由秒脉冲源、倒计时显示电路、译码驱动电路、信号灯转换控由秒脉冲源、倒计时显示电路、译码驱动电路、信号灯转换控制器等单元电路组成，其原理框图如图制器等单元电路组成，其原理框图如图7-1所示。秒脉冲源可所示。秒脉冲源可以作为倒计时定时电路和黄灯闪烁控制电路的时钟信号源。倒以作为倒计时定时电路和黄灯闪烁控制电路的时钟信号源。倒计时显示电路分别显示黄灯和绿红灯的转换。译码驱动电路用计时显示电路分别显示黄灯和绿红灯的转换。译码驱动电路用来驱动东西、南北信号灯。来驱动东西、南北信号灯。7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v2.分析设计分析设计 依据要求，交通指示灯有四种状态：依据要求，交通指示灯有四种状态：1)东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。南北方向禁止通行，绿东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。南北方向禁止通行，绿灯亮足规定的时间间隔灯亮足规定的时间间隔40s时，转到下一个工作状态。时，转到下一个工作状态。2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。南北方向禁止通行，黄）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。南北方向禁止通行，黄灯亮足规定的时间间隔灯亮足规定的时间间隔5s时，转到下一个工作状态。时，转到下一个工作状态。3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。东西方向禁止通行，南）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。东西方向禁止通行，南北方向上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔北方向上的车辆允许通过绿灯亮足规定的时间间隔40s。4）东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。东西方向禁止通行，南）东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。东西方向禁止通行，南北方向的黄灯亮足规定时间间隔的北方向的黄灯亮足规定时间间隔的5s时，电路转到第一种工作时，电路转到第一种工作状态。状态。交通灯的以上四种状态可由移位寄存器和一些门电路来进行实现。交通灯的以上四种状态可由移位寄存器和一些门电路来进行实现。7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v3.方案设计方案设计 根据设计要求，由于选择实现功能的芯片的不同，可有以根据设计要求，由于选择实现功能的芯片的不同，可有以下两种方案供选择：下两种方案供选择：7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v方案一：方案一：v采用采用555定时器构成的多谐振荡器，作为秒脉冲源，用来产定时器构成的多谐振荡器，作为秒脉冲源，用来产生生CP脉冲，频率脉冲，频率1Hz。用。用74LS160计数器实现分频功能。计数器实现分频功能。v信号灯控制电路：由一个双向移位寄存器信号灯控制电路：由一个双向移位寄存器74LS194的输出的输出来实现状态控制电路。通过它的移位来实现红、黄、绿灯的转来实现状态控制电路。通过它的移位来实现红、黄、绿灯的转换以及计数电路的工作状态；换以及计数电路的工作状态；v计数电路：采用十进制可逆计数器计数电路：采用十进制可逆计数器74LS190的级联来实现的级联来实现的倒计时计数；的倒计时计数；v显示电路：采用七段数码显示译码器显示电路：采用七段数码显示译码器74LS48芯片和数码芯片和数码来实现数字显示。来实现数字显示。7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v方案二：方案二：v采用采用555定时器构成的多谐振荡器，作为秒脉冲源，用来定时器构成的多谐振荡器，作为秒脉冲源，用来产生产生CP脉冲，频率脉冲，频率1Hz。用。用74LS290计数器实现计数器实现5分频的分频的功能，从而减少控制状态；功能，从而减少控制状态；v控制电路：采用移位寄存器控制电路：采用移位寄存器74LS164芯片的输出与计数芯片的输出与计数电路的逻辑关系来实现红、黄、绿灯的状态转换；电路的逻辑关系来实现红、黄、绿灯的状态转换；v计数电路：采用十进制可逆计数器计数电路：采用十进制可逆计数器74LS190级联来实现级联来实现灯的倒计时计数；灯的倒计时计数；v显示电路：采用七段数码显示数码管显示电路：采用七段数码显示数码管DCD HEX来实现数来实现数字显示。字显示。7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v方案三：方案三：v采用采用555定时器构成的多谐振荡器，作为秒脉冲源，用来产定时器构成的多谐振荡器，作为秒脉冲源，用来产v生生CP脉冲，频率脉冲，频率1Hz。用。用74LS290计数器实现计数器实现5分频的功分频的功能，从而减少控制状态；能，从而减少控制状态；v控制电路：采用控制电路：采用74LS73双双JK触发器实现四种状态的转换。触发器实现四种状态的转换。v计数电路：采用十进制可逆计数器计数电路：采用十进制可逆计数器74LS190级联来实现灯级联来实现灯的倒计时计数；的倒计时计数；v显示电路：采用七段数码显示数码管显示电路：采用七段数码显示数码管DCD HEX来实现数字来实现数字显示。显示。7.2.1 构思构思简易交通灯控制电路简易交通灯控制电路 的设计方案的设计方案v4.方案选择方案选择v本次设计我们采用方案三。对于方案一中的本次设计我们采用方案三。对于方案一中的74LS194，要想实现红、黄、绿灯的转换，需要通过控制要想实现红、黄、绿灯的转换，需要通过控制74LS194的的S1、S0的状态来实现置数、保持、右移，而这三种状态的的状态来实现置数、保持、右移，而这三种状态的转换不易实现；对于方案二采用移位寄存器转换不易实现；对于方案二采用移位寄存器74LS164，其，其需要的门电路比较多，不利于搭建电路。相较而言，方案三需要的门电路比较多，不利于搭建电路。相较而言，方案三比较合理。比较合理。7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v1.单元电路设计及功能说明单元电路设计及功能说明（1）秒脉冲信号产生单元）秒脉冲信号产生单元（2）分频单元）分频单元（3）控制电路）控制电路（4）计数和显示模块）计数和显示模块（5）计数和显示电路与信号灯转换器电路的连接）计数和显示电路与信号灯转换器电路的连接（6）黄灯闪烁控制电路）黄灯闪烁控制电路7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v（1）秒脉冲信号产生单元）秒脉冲信号产生单元 秒脉冲信号产生电路由振荡器和分频器组成，主要的功能是秒脉冲信号产生电路由振荡器和分频器组成，主要的功能是产生标准秒脉冲信号。振荡器是计时器电路的核心，可由石英产生标准秒脉冲信号。振荡器是计时器电路的核心，可由石英晶体振荡电路或晶体振荡电路或555定时器构成的多谐振荡器构成，石英晶体定时器构成的多谐振荡器构成，石英晶体振荡电路的精准度比振荡电路的精准度比555定时器构成的多谐振荡器高，计时准定时器构成的多谐振荡器高，计时准确，但是需要较高电源，所以在设计时，需根据实际要求选择确，但是需要较高电源，所以在设计时，需根据实际要求选择合适电路。本项目设计的交通灯控制器电路的控制系统是以秒合适电路。本项目设计的交通灯控制器电路的控制系统是以秒作为单位，对时间精度要求不高，故选用作为单位，对时间精度要求不高，故选用555定时器构成的多定时器构成的多谐振荡器作为秒脉冲信号产生电路，如图谐振荡器作为秒脉冲信号产生电路，如图7-2所示。所示。图7-2 秒脉冲产生电路7.2.2 设计简易交通灯控制电路的电路设计与仿真7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真555定时器周期计算：定时器周期计算：T1（R1R2）Cln2=0.7(R1R2）CT2=R2Cln2=0.7R2CT=T1+T2=(R1+2R2)Cln2=0.7(R1+2R2)C555定时器组成的秒脉冲定时器组成的秒脉冲Cp的周期为的周期为1s，即，即T=1，所以可，所以可设置参数设置参数R1=28.86k R2=57.72k C=10uF Cf=10uF7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v（2）分频单元）分频单元 振荡器产生的时间信号通常频率很高，要使它变成振荡器产生的时间信号通常频率很高，要使它变成“秒秒”信信号，号，需要分频器来完成。其功能就是产生标准的秒脉冲信号，即每需要分频器来完成。其功能就是产生标准的秒脉冲信号，即每秒产生一个时钟上升沿，频率为秒产生一个时钟上升沿，频率为1Hz。通过芯片。通过芯片74LS290实实现其功能。现其功能。74LS290介绍下：介绍下：7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v本电路只用五进制计数，将秒脉冲产生的本电路只用五进制计数，将秒脉冲产生的 给给，将，将 的输出的输出作为控制器的作为控制器的 脉冲。分频单元电路如图脉冲。分频单元电路如图7-5所示。所示。图7-5 分频单元电路7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v（3）控制电路）控制电路 由设计要求，令由设计要求，令、表示交通灯的四种状态。令表示交通灯的四种状态。令 表示东表示东西向，西向，表示南北向，用表示南北向，用、表示红色、黄色、绿色指示灯，表示红色、黄色、绿色指示灯，用用1表示灯亮，表示灯亮，0表示灯灭，则信号灯转换控制器的状态转换表表示灯灭，则信号灯转换控制器的状态转换表如表所示。如表所示。采用采用双双JK触发器触发器74LS737.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真图7-7 双JK触发器74LS73构成的信号灯转换器电路v（4）计数和显示模块）计数和显示模块v由设计要求可知，本项目设计要有倒计时数字显示红、黄、由设计要求可知，本项目设计要有倒计时数字显示红、黄、绿灯的显示时间。即当某方向红灯亮时，使倒计时数字显绿灯的显示时间。即当某方向红灯亮时，使倒计时数字显示器为某数值，然后每秒减示器为某数值，然后每秒减1，直至减为，直至减为“0”和和“5”，交通红、绿、黄指示灯相应变换，直至一个工作过程结束交通红、绿、黄指示灯相应变换，直至一个工作过程结束后，进入下一个方向的工作过程。在此过程中，黄灯的闪后，进入下一个方向的工作过程。在此过程中，黄灯的闪烁烁5s和红、绿灯的变换时间和红、绿灯的变换时间0s，需要计时器来完成。，需要计时器来完成。v显示电路采用七段带译码数码显示显示电路采用七段带译码数码显示DCD_HEX来实现数来实现数字显示，七段数码显示字显示，七段数码显示DCD HEX具有具有4位输入端，是共位输入端，是共阴极七段显示。只需按从左到右按高位到低位连接即可数阴极七段显示。只需按从左到右按高位到低位连接即可数字显示部分可以采用七段数码管来显示时间的变化。数码字显示部分可以采用七段数码管来显示时间的变化。数码管的选择和使用可参考项目二中所述内容，这里不再重复。管的选择和使用可参考项目二中所述内容，这里不再重复。v用用74LS190作为减法计数器组成时间显示电路，用以显作为减法计数器组成时间显示电路，用以显示时间的倒计时，南北方向和东西方向的计数原理相同。示时间的倒计时，南北方向和东西方向的计数原理相同。7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真 根据设计要求，要实现根据设计要求，要实现40秒的倒计时定时，需要选用秒的倒计时定时，需要选用2个个74LS190芯片级联成一个能从芯片级联成一个能从99减到减到00的减法计数器，其中的减法计数器，其中个位芯片个位芯片74LS190的的CLK接秒脉冲信号源，频率接秒脉冲信号源，频率1Hz；输出；输出端端、通过一个与门接到十位芯片通过一个与门接到十位芯片74LS190的的CLK端。当个位端。当个位数减到数减到0再减再减1时，变为时，变为9，十进制数，十进制数0和和9对应的二进制数对应的二进制数0000和和1001中对应的中对应的、也会同时由也会同时由0变为变为1。此时。此时，产生，产生上升沿，给十位上升沿，给十位74LS190芯片一个借位信号，相当于十位数芯片一个借位信号，相当于十位数减减1。v因为要显示的倒计时数字从因为要显示的倒计时数字从40秒开始，所以要给秒开始，所以要给74LS190进行预置数，预置数可用进行预置数，预置数可用8个开关来解决。用个开关来解决。用8个开关分别与两个开关分别与两片片74LS190的预置数端的预置数端-相连。开关的状态有相连。开关的状态有1-99种，所以种，所以预置数的范围为预置数的范围为1-99。本项目设计要求红、绿灯通行时间为。本项目设计要求红、绿灯通行时间为40秒，秒，8个开关的连接方法如图个开关的连接方法如图7-9所示。十位所示。十位74LS190芯片芯片的预置数端置为的预置数端置为0100（相当于十进制数（相当于十进制数4）、个位）、个位74LS190芯片的预置数端置为芯片的预置数端置为0000（相当于十进制数（相当于十进制数0）。开关接）。开关接1用用电源代替，开关接电源代替，开关接0用接地代替。用接地代替。7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v（5）计数和显示电路与信号灯转换器电路的连接）计数和显示电路与信号灯转换器电路的连接v计数和显示电路与信号灯转换器电路连接如图计数和显示电路与信号灯转换器电路连接如图7-11所示。所示。v计数和显示电路为信号灯转换器电路提供定时控制信号，以实现信号灯的转计数和显示电路为信号灯转换器电路提供定时控制信号，以实现信号灯的转换。换。v若绿灯由若绿灯由40计到计到00时，计数器重新置数，给信号灯转换器一个脉冲，使信时，计数器重新置数，给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生转换，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。连接方法为：将两片号灯发生转换，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。连接方法为：将两片74LS190的输出端分别用两个的输出端分别用两个4输入的或非门连接，再用一个与门连接起输入的或非门连接，再用一个与门连接起来。来。v当信号灯由当信号灯由40减到减到05时，信号灯发生转换，绿灯变黄灯，红灯不变。具体时，信号灯发生转换，绿灯变黄灯，红灯不变。具体接法：当减到接法：当减到05（0000 0101）时，把十位计数器）时，把十位计数器74LS190的输出端的输出端用一个四输入或非门连接起来，个位用一个四输入或非门连接起来，个位74LS190的输出端的输出端、用一个两输入用一个两输入或非门连接，再把这两个或非门与个位计数器的输出端或非门连接，再把这两个或非门与个位计数器的输出端、用一个四输入与用一个四输入与门连接起来。门连接起来。v最后将两个定时信号用或门连接作为信号灯转换控制器的时钟端。最后将两个定时信号用或门连接作为信号灯转换控制器的时钟端。7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真v（6）黄灯闪烁控制电路）黄灯闪烁控制电路 本项目要求黄灯闪亮本项目要求黄灯闪亮5秒，每秒闪一次，亮灭各秒，每秒闪一次，亮灭各0.5秒，可以用一个频率为秒，可以用一个频率为1Hz的脉冲与控制黄灯的输的脉冲与控制黄灯的输出信号用一个与门连接至黄灯。出信号用一个与门连接至黄灯。综上所述，可将秒脉冲源、分频器、控制电路、计综上所述，可将秒脉冲源、分频器、控制电路、计数电路和显示电路五部分连接起来，构成总的项目电路数电路和显示电路五部分连接起来，构成总的项目电路图。图。7.2.2 设计设计简易交通灯控制电路的电路简易交通灯控制电路的电路设计与仿真设计与仿真7.2.3 实现实现交通灯控制逻辑电路的组装交通灯控制逻辑电路的组装与调试与调试v交通灯控制逻辑电路元件清单如表交通灯控制逻辑电路元件清单如表v1元件的检测元件的检测v1）电阻的检测：先用色环法对电阻进行读数，然后）电阻的检测：先用色环法对电阻进行读数，然后再用万用表打到相应的电阻档对电阻进行进一步的检再用万用表打到相应的电阻档对电阻进行进一步的检测。测。v2）数码管的检测：数码管外观要求颜色均匀、无局）数码管的检测：数码管外观要求颜色均匀、无局部变色及无气泡等。若数码管的型号不明，又不知道部变色及无气泡等。若数码管的型号不明，又不知道管脚排列图，可用数字万用表的二极管档来检测。管脚排列图，可用数字万用表的二极管档来检测。v3）集成芯片的检测：在使用集成芯片之前，要确认）集成芯片的检测：在使用集成芯片之前，要确认所选芯片是否与要求一致，同时观察芯片的管脚是否所选芯片是否与要求一致，同时观察芯片的管脚是否有损坏。若有损坏，及时更换。有损坏。若有损坏，及时更换。7.2.3 实现实现交通灯控制逻辑电路的组装交通灯控制逻辑电路的组装与调试与调试v2.组装组装v1）准备好多孔板、连接线及所用元器件；）准备好多孔板、连接线及所用元器件；v2）布局合理，正确连接电路；）布局合理，正确连接电路；v3）焊点要光亮、平滑；焊料层均匀，且与焊盘大）焊点要光亮、平滑；焊料层均匀，且与焊盘大小比例合适，结合处的轮廓可见；焊料充足；无小比例合适，结合处的轮廓可见；焊料充足；无裂纹、针孔、无焊接剂残留；焊接注意安全。裂纹、针孔、无焊接剂残留；焊接注意安全。7.2.3 实现实现交通灯控制逻辑电路的组装交通灯控制逻辑电路的组装与调试与调试7.2.4 运行运行交通灯控制逻辑电路的测试交通灯控制逻辑电路的测试与性能分析与性能分析v1功能检测功能检测v电路设计的通行时间为电路设计的通行时间为40秒，东西方向绿灯亮，南北方秒，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。时间显示器从设定的向红灯亮。时间显示器从设定的40s开始每秒减开始每秒减1，减到，减到5s时，东西方向绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪烁一时，东西方向绿灯转换为黄灯，而且黄灯每秒闪烁一次，南北方向红灯保持不变。显示器减到次，南北方向红灯保持不变。显示器减到0时，东西方向时，东西方向黄灯变为红灯，南北方向红灯变为绿灯，时间显示器从黄灯变为红灯，南北方向红灯变为绿灯，时间显示器从40s开始显示，每秒减开始显示，每秒减1。减到。减到5s时，南北方向绿灯变为时，南北方向绿灯变为黄灯，而且黄灯每秒闪烁一次，东西方向红灯保持不变，黄灯，而且黄灯每秒闪烁一次，东西方向红灯保持不变，完成一个工作过程，并且如此循环下去。完成一个工作过程，并且如此循环下去。v2功能调试功能调试v拨动预置时间的开关，可以把通行时间修改为其他的值再拨动预置时间的开关，可以把通行时间修改为其他的值再进行。进行。