【文章內(nèi)容簡介】 高了系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的性價比。但在設(shè)計時硬件和軟件均要設(shè)計，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價格 中等，制造較難，維修亦較難。 結(jié)合實際情況， 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，我們經(jīng)過討論和論證，最終一致 選用第 三 種方案 的設(shè)計思路 對交通燈 控制系統(tǒng) 進(jìn)行設(shè)計。 LED 顯示電路模塊方案 方案一： 動態(tài)掃描顯示電路方案 數(shù)字動態(tài)掃描顯示電路是由固定頻率的信號做為節(jié)拍發(fā)生起器的時鐘，由它控制節(jié)拍發(fā)生器各引腳的輸出，使各引腳不斷的輸出高電平影響各個數(shù)碼管顯示，只有在和譯碼器相連的引腳輸出高電平時數(shù)碼管發(fā)光，否則不發(fā)光。當(dāng)各引南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 10 腳輸出高電平的頻率達(dá)到一定程度時，感覺不到數(shù)碼管的閃爍，從而保護(hù)了數(shù)碼管并且不會影響數(shù)據(jù)顯示。 為了避免出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，掃描頻率不能太低，人眼的臨界閃爍是 50HZ，一般可將顯示位數(shù)乘以 50HZ，作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘。這里選用 555 震蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出的脈沖作為節(jié)拍發(fā)生器的時鐘 。 這里顯示的是四位數(shù)字，所以本設(shè)計中取振蕩器頻率為 280HZ。 節(jié)拍發(fā)生器電路是一個具有譯碼輸出端的計數(shù)器。它的各輸出端輪流輸出高電平，這樣可控制與計數(shù)器相連的譯碼器輸出，從而控制數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)據(jù) .具體電路由具有 10 個譯碼輸出端的計數(shù)器 4017 實現(xiàn)，這里只顯示 4 位數(shù)字，所以 4017 的前四個輸出端，由清零端 MR 控制 Q1~Q3 四個引腳輪流的輸出高電平。 當(dāng)計數(shù)器計到四時， Q4 引腳輸出高電平使 MR 為高電平，計數(shù)器清零。如此循環(huán)，可驅(qū)動數(shù)碼管輪流發(fā)光顯示相應(yīng)的數(shù)字。 譯碼器使用的是共陰極譯碼器 74SL48：將 Q0~Q3 分別接到四個譯碼器的 BI消隱輸入端，當(dāng)哪一個引腳的輸出為高電平時，該位譯碼器為高電平，可以驅(qū)動相應(yīng)數(shù)碼管發(fā)光顯示。其它的則暫時不發(fā)光 （注意用共陰極譯碼管時要接要接與之相對應(yīng)的電阻，此處用 RPACK7） 。 方案二： 靜態(tài)顯示電路方案 靜態(tài)顯示電路主要包括計數(shù)器、顯示譯碼器、掃描電路構(gòu)成。每個方向需要2個信號燈，所以用 2 進(jìn) 制計數(shù)器即可，計數(shù)器從 0到 1循環(huán)計數(shù)。 然后掃描電路根據(jù)每個時刻的計數(shù)值計數(shù)值，輸出相應(yīng)的數(shù)碼管選擇控制。當(dāng)掃描到一個數(shù)碼管，根據(jù)此時需要的數(shù)值，利用顯示譯碼器翻譯為相應(yīng)數(shù)碼管顯示編碼即可。 以秒為計時單位，采用 8個 LED 數(shù)碼顯示器（每個方向 2個）遞減計數(shù)作定時顯示，在遞減計數(shù)回零瞬間完成換燈操作。 優(yōu)缺點(diǎn)對比： 方案一它的優(yōu)點(diǎn)是能顯著降低 LED 功耗，能大大減少 LED 外部引線，能采用BCD 碼多路輸出方式。其缺點(diǎn)是需要不斷刷新、掃描，占用 CPU時間過多，影響顯示速度，穩(wěn)定性能不夠。適用于使用了多個 LED的 情況下或采用電池供電的便攜式數(shù)字儀表。 方案二雖然它的硬件較動態(tài)復(fù)雜， I/O 接口多，但它的優(yōu)點(diǎn)是不需要控制電南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11 路，顯示程序簡單，顯示亮度高，顯示效果穩(wěn)定，占用 CPU時間少，適用于穩(wěn)定性要求高的信號燈控制系統(tǒng)。 經(jīng)論證，本次設(shè)計采用方案二。 紅、黃、綠三色信號燈電路方案 方案一：普通發(fā)光二極管電路方案 每個方向各采用一 組紅、黃、綠三色發(fā)光電路指示交通狀態(tài)，每組發(fā)光電路由三個發(fā)紅、綠、黃光的二極管和多條線路構(gòu)成，發(fā)紅光由 磷 砷化鎵 制成的二極管構(gòu)成，發(fā)綠光由 磷化鎵 制成的二極管構(gòu)成，發(fā)黃光由 碳化硅 制成的二極管構(gòu)成。給二極管陽極端加正向電壓。 如果東西紅燈亮，那 南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的。如圖 22 所示： 圖 22 信號燈電路圖 方案二：雙色信號燈電路方案。 采用 4個紅、黃、綠三色信號燈（每個方向 1個）指示交通通行狀態(tài)； 雙色LED 是由一個紅燈 LED 管芯和一個綠色 LED 管芯封裝在一起，公用負(fù)端。當(dāng)紅色端加高電平，綠色正端加低電平，紅燈亮；當(dāng)紅色端加低電平，綠色正端加高電平，綠燈亮；兩端都加高電平時，黃燈亮。 優(yōu)缺點(diǎn)對比 ： 方案一采用普通發(fā)光二極管其設(shè)計電路原理簡單，抗沖擊能力強(qiáng) ，線路復(fù)雜，二極管使用多， LED 過多不直觀，造 價高。 方案二采用雙色雙色信號燈電路形象直觀，線路簡潔明了，更方便控制。 經(jīng)過論證，本次設(shè)計采用第二種方案。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 12 鍵盤電路的方案 方案一：獨(dú)立式按鍵電路 獨(dú)立式 鍵盤 就是各鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接一個 Input Pin，通過檢測 Input Pin 的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下 。 設(shè)置 有 3 個鍵： S 鍵 ， J 鍵 ， F 鍵 。 如圖 23所示。 每個按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。低電平有效， 當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。 23 按鍵電路 方案二：矩陣式按鍵電路 矩陣式 鍵盤 是一種常見的輸入裝置，在日常的生活中，矩陣式鍵盤在計算機(jī)、電話、 手機(jī) 、微波爐等各式 電子 產(chǎn)品上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用 。 采用 4個按鍵（ 加 1鍵 、 減 1鍵 、設(shè)定鍵、 A/B 方向鍵）任意設(shè)定紅、黃、綠三色信號燈所亮?xí)r間在 01～ 99 秒內(nèi)。 優(yōu)缺點(diǎn)對比 ： 方案一：獨(dú)立式按鍵電路無需編程，通過檢測電平狀態(tài)即可判斷哪個按鍵被按下。它在按鍵少時，操作速度快。在按鍵多時，需要較多 Input，電路結(jié)構(gòu) 復(fù)雜。 方案二 :矩陣式按鍵電路通過編程驅(qū)動它運(yùn)行，只有四個按鍵，其電路結(jié)構(gòu)簡單，按鍵少，節(jié)約空間，利于硬件成品的制作。 經(jīng)過對比，本次設(shè)計采用第二種方案。 電源電路的方案 方案一：線性電源電路 線性電源電路基本上由四部分組成：變壓器、二極管或橋堆、電容或電感、三端穩(wěn)壓塊，他們之間的組合則可構(gòu)成一個最基本的，也是最可靠的線性電源電南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 13 路。其中變壓器降壓，二極管或橋堆整流，電容或電感濾波，三端穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓。 給變壓器 一次繞組加上交流電，由于電磁感應(yīng)的原理，在二次繞組上則有電壓輸出。 變壓器選擇合適 變比 。 整流電路的 作用為將經(jīng)變壓器降壓后的交變電壓通過二極管變?yōu)閱蜗虻拿}動電壓。為考慮到成本與性能，我們一般采用橋式整流的方式。它相較半波、全波整流而言，具有二極管反向耐壓值較小，通過二極管的電流較小，同時能量的利用率高等特點(diǎn)。 通過整流后，電源的脈動成分較大。濾波電路的作用就是降低整流后輸出電壓中的脈動成分的同時，盡量保持其中的直流成分。一般典型而有效的濾波電路就是電容濾波、電感濾波，利用它們在整流二極管導(dǎo)通時儲存一部分能量，然后再釋放出來，濾去電源中的脈動成 分，從而得到比較平滑的電源波形。若將電容與電感合理的安排在電路中，則可以有效的降低交流成分，保持直流成分。 方案二：開關(guān)電源電路 開關(guān)電源電路由輸入電磁干擾濾波電路、整流電路、軟啟動電路、 DCDC轉(zhuǎn)換電路、次級濾波電路構(gòu)成。 整流電路的選擇比較 整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有 直流電壓 和 交流電壓 的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動性直流電壓。電源電路中的整流電路主要有 半波整流電路 、全波整流電路和橋式整流三種 ，下面分別介紹他們的工作原理 （ 1） 半波整流電路 半波整流 電路是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器 B 、整流 二極管 D 和負(fù)載電阻 Rfz ，組成。變壓器把 外部 電壓變換為所需要的交變電壓 e2， D 再把交流電變換為脈動直流電。 變壓器 砍級電壓 e2，是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓。在 0～ K時間內(nèi)， e2 為正 半周即變壓器上端為正下端為負(fù)。此時二極管承受正向電壓面導(dǎo)通， e2 通過它加在負(fù)載電阻 Rfz 上，在 π ～ 2π 時間內(nèi)， e2 為負(fù)半周，變壓器次級下端為正，上端為負(fù)。這時 D 承受反向電壓，不導(dǎo)通， Rfz，上無電壓。在 π ～ 2π 時間內(nèi)，重復(fù) 0～ π 時間的過程，而在 3π ～4π 時間內(nèi)，又重復(fù) π ～ 2π 時間的過程 ? 這樣反復(fù)下去，交流電的負(fù)半周就被南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 14 削 掉了，只有正半周通過 Rfz，在 Rfz上獲得了一個單一右向（上正下負(fù)）的電壓，如圖 24所示，達(dá)到了整流的目的，但是，負(fù)載電壓 Usc。以及負(fù)載電流的大小還隨時間而變化，因此，通常稱它為 脈動直流。 圖 24 （ 2） 全波整流電路 如果把整流電路的結(jié)構(gòu)作一些調(diào)整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖 25 是全波整流電路的電原理圖。 全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極 性相反的兩個電壓 e2a 、 e2b ，構(gòu)成 e2a 、 D Rfz 與 e2b 、 D Rfz ，兩個通電回路。 全波整流電路的工作原理，可用圖 54 所示的波形圖說明。在 0～π間內(nèi)， e2a 對 Dl 為正向電壓，D1 導(dǎo)通，在 Rfz 上得到上正下負(fù)的電壓； e2b 對 D2為反向電壓， D2 不導(dǎo)通。在π 2π時間內(nèi)， e2b 對 D2 為正向電壓， D2導(dǎo)通，在 Rfz 上得到的仍然是上正下負(fù)的電壓； e2a 對 D1 為反向電壓， D1 不導(dǎo)通。 圖 23 （ 3） 橋式整流電路 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種 電路 ，只要增加兩只二極管南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 15 口連接成 “ 橋 ” 式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。 整流電路橋式整流電路的工作原理如下： e2為正半周時，對 D D3和方向電壓， Dl， D3 導(dǎo)通；對 D D4 加反向電壓， D D4 截止。電路中構(gòu)成 e Dl、Rfz 、 D3 通電回路，在 Rfz ，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓， e2為負(fù)半周時，對 D D4 加正向電壓， D D4 導(dǎo)通；對 D D3加反向電壓， D