应用电子电路
如图所示为交通路口红绿灯自动控制电路。该控制器主要由四块555(IC2~IC5)和一些阻容元件组成的四级单稳态延时电路首尾相连而成。输入的8V电压经78M05稳压后为555提供VDD=5V的电源电压。
当刚接通电源时,触发脉冲经IC1(CD4011)门电路和R1、C1延时,再经C2、R22微分后加到IC2②脚,触发IC2输出高电平,进入暂稳态,其暂稳态定时时间长短取决于K1的位置,延时td=1.1RC6,设定时间分别为60秒、45秒、30秒。暂稳态结束时,IC2③脚为低电平,其经C3、R23微分后,下降沿又触发IC3,形成第二级单稳态延时。如此依次触发定时,完成绿色灯亮-黄色灯亮(8秒、10秒、12秒)-红色灯亮(60秒、45秒、30秒)的循环周期。
本电路为控制电路及指挥岗亭内的监控显示部分。若真正用于交通指挥,则应使控制信号去激励固态继电器,然后去驱动发光灯泡工作。
本控制器通过四级电路首尾相接,依次延时触发,使交通灯依次出现绿-黄-红(色)信号,指挥行人和车辆在十字路I=1有秩序地通行(绿)-提醒注意(黄)-禁止通行(红)。
这次十字路口交通灯的设计,我们的要求是让两组红绿灯在四个方向之间有次序的转换,达到指挥交通的目的,设计的红绿灯完成一次循环的时间是八十秒,红绿灯之间每隔四十秒转换,设计了黄灯在每次转换的前十秒和当前状态的指示灯一起亮,用来更加接近实际中应用红绿灯指挥系统。
设计原理和工作电路
交通灯的控制电路主要由555定时器、分频电路产生出1HZ的脉冲,两个74LS160、与门、与非门、或非门组成的红绿灯转换电路,以及由74LS192设计出的倒计时显示器等组成。
秒脉冲的产生
电路图如下:
本电路由555定时器产生1KHZ的脉冲,再由分频电路产生出1HZ脉冲。
红绿灯的转换
电路图如下:
本电路是由两个74LS160组成的80进制计数器,每到第40个脉冲时转换红绿灯,在每次红绿灯转换的最后10秒,黄灯也一起亮,达到提示的作用。
倒计时显示
电路图如下:
它是一个由74LS192可逆计数器组成的40倒计时到0的减法计数器,实现红绿灯转换时的显示。由于时间紧迫,在实验时未能调到正常工作状态。
交通灯控制电路总图:
实验器材
(1)74LS90N(2)74LS00N(3)74LS47(4)5.1KR(5)10KR(6)36KR(7)51欧R(8)LM555CM(9)DCDHEX(10)LED(红黄绿)
元器件功能
#p#
#e#
设计一个十字口路灯的控制电路(一盏灯),要求在四个不同的地点ABCD都能独立地控制灯的亮灭。如A口按开,到B口按关,C口又有人按开,任何口再有人按关等等都能用数字逻辑电路控制。 如果单纯用触点式控制是很容易处理。但我们根据电路要求,在A口可开,在B口可关,到C口可以按开,任何口再有人按动开关。依照这样的思路,可从规定两个口的开关闭合为灯灭,一个口的开关闭合为灯亮。三个开关都闭合灯亮,四个开关都闭合灯灭。按照这个规律列功能表和真值表:因为这灯的各种情况组合的状态很多,很烦锁,所以功能表和真值表(状态表)只列Z(灯)亮。即Z为“1”状态的组合,其他省略,如附表。表格只列出一个开关闭合和三个开关闭合的情况,闭合用“1”表示,断开用“0”表示,灯亮用“1”表示。
从简式中可看出,该控制电路是由两个异或非门、两个异或门、两个与门和一个或门组成,根据简式画出逻辑电路,如图1所示。 可以按照A地按开,或门输出高电平,即灯亮,再按开关B或C或D,或门G7输出低电平即灯灭。把ABCD的各种状态,都推导出来后应符合要求。
现将图1绘出实用电路如图2。
按图2接线就可以控制十字口路灯L,实际上一些多点控制的机械设备也可以用得上。如虚线接上继电器K2,可以控制电动机等大功率电器。R2~R5阻值小于门电路的关门电阻,继电器K1的触点能承受要求的电流。
1.交通灯控制器原理
假设有个十字路口,分别有A、B两条交叉的道路,交通灯的控制方式为:A街道先出现在绿灯(3S)、黄灯(1S)时,B街道为红灯(4S);而A街道为红灯(4S)时,B街道出现绿灯(3S)、黄灯(1S);如此循环。交通灯控制的一个循环为8S,而采用一片同步十进制计数74LS160来完成时间控制,相当于模8的计数器。
2.电路设计
2.1、真值表
假设A、B街道的绿、黄、红灯分别用GA、YA、RA和GB、YB、RB表示,交通灯控制电路的真值表如表1所示:
表1 交通灯控制电路逻辑真值表
2.2、设计模8计数器
2.2.1、74LS160简介
74LS160是同步10进制计数器,其管脚排列如图1所示:其中A、B、C、D为预置数输入端,LOAD为预置数控制端,CLR为异步清零端,ENP和ENT为计数器允许端,CLK为上长沿触发时钟端,RCO为输出的进位信号,QA、QB、QC、QD为十进制输出端。当ENP、ENT和LOAD端均置为高电平时,工作在计数器状态。
图1 74LS160管脚分布图
2.2.2、模8计数器
当在CLK端输入1Hz的脉冲信号时,要产生8S的控制信号,只要设计一个模8计数器,即计数器的计数范围为0000~0111,所以将1000信号作为清零信号,即将QD通过一个非门接到芯片的清零端CLR即可以完成设计任务。
根据思路设计后的电路如图2所示:
图2 模8计数器连接图
2.3、确定逻辑表达式
根据交通灯的真值表,通过逻辑转换仪可以获得各灯的逻辑表达式,分别为:
2.4、逻辑电路的实现
根据逻辑表达式可得到逻辑电路如图3。
图3 交通灯控制电路逻辑连接图
3.电路仿真
选择仿真菜单,接入逻辑分析仪,将最大时间间隔设置为0.001S,逻辑分析仪的时钟设置为1Hz,执行仿真。仿真波形如图4:
图4 交通灯控制电路逻辑仿真图
从图上可以看出,与真值表的描述的关系是相同的,说明电路设计正确。
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