線性電子學

主題 :交通號誌控制器

老師 : 楊松霈 組別：第五組 班級 : 四電機三 A

姓名 : 李宥騏 4980J015

練彥廷 4980J030

目錄

電路圖介紹 -------------------------------------------------------- 系統方塊圖 -------------------------------------------------------- 電路內容電路圖解說 ---------------------------------------------------- 主電路 -IC 介紹 ------------------------------------------------- 顯示電路 -IC 介紹動作說明 ----------------------------------------------------------------- 時序 ----------------------------------------------------- 工作週期調整 ----------------------------------------------- 綠燈閃爍次數調整 ------------------------------------------------------------ 重置電路參考資料來源

系統方塊圖

電路內容

交通號誌控制器是由主電路和顯示電路組成 主電路 IC:NE555

CD4017

CD4013

顯示電路 IC:CD4002

CD4011

ULN2003

主電路電路圖

NE555

NE555 的主要功能是作為方波產生器，振盪器或計時器是數位電路中常用的原件。

NE555 特性： 穩定性：對溫度的漂移度為 55ppm/℃ 。 精確性：實際與理論的一致性達 99% 以上。 適應性：電源可從 4.5V 至 15V 和輸出電位都使它可適用於類比和數位電

路。 大輸出：輸出端能輸出或吸入 200mA 的電流。 週期：從數小時到數微秒。

CD4017

提供 10 個計時脈衝 , 作為每一個時序的輸出訊號。

CD4013

ＣＤ４０１３內含兩組Ｄ型正反器。左圖為 CD4013 的內部與接角圖，右圖為 CD4013 的真值

表

顯示電路板電路圖

CD4011、 CD4002

CD4011 與 CD4022 為解碼電路，以組合邏輯方式結合各時序輸出，產生每一個燈號輸出的時脈。

ULN2003

ULN-2003 是一顆具有高電壓、高電流的達靈頓電晶體陣列元件，可作為高電位式的電流汲入行緩衝器，他是由七組開集極的反相放大器所組成，一般皆用在共陰極的矩陣LED 或七段數子顯示器之控制開關。

R11排組

排阻有分 A 類與 B 類兩種規格， A 類是裡面的所有電阻有一個共用接點， 所以適合用來拉高或拉低，例如 8P7R 就表是排阻有 8pin ，有 7 個電阻與一個共用接點；而 B 類則是獨立的電阻，只是包裝放在一起而己。而交通號誌控制器內所用的 R11 排阻是由 6 個 1K 歐姆電阻的一支腳並接成共同接腳，再將其餘接腳拉出成控制腳包裝而成，其外觀與內部結構如下圖所示。

動作說明

將燈號分為 A 、 B 兩組紅綠燈上面為 A 下面為 B

1.A 組綠燈亮 B 組紅燈亮2.A 組綠燈閃爍 B 組紅燈亮3.A 組亮黃燈 B 組紅燈亮4.A 、 B 組動作互換

時序

(1) 第 1～ 3 時序： A 組綠燈亮， B 組紅燈亮。(2) 第 4 時序： A 組綠燈閃爍， B 組紅燈亮。(3) 第 5 時序： A 組黃燈亮， B 組紅燈亮。（ A 、 B 兩組動作交換）

(4) 第 6～ 8 時序： A 組紅燈亮， B 組綠燈亮。

(5) 第 9 時序： A 組紅燈亮， B 組綠燈閃爍。

(6) 第 10 時序： A 組紅燈亮， B 組黃燈亮。（ A 、 B 兩組動作交換）(7) 重覆原第 1～ 3 時序。 上述的動作順序執行一次需要用到 10 個時序週期，所以說此號誌控制器 1 個工作週期等於 10 個時序週期。

時序圖

解碼電路中的輸出函數

A 組綠燈＝ Q0+Q1+Q2+Q3 OUT‧A 組黃燈＝ Q4

A 組紅燈＝ Q5+Q6+Q7+Q8+Q9

B 組綠燈＝ Q5+Q6+Q7+Q8 OUT‧B 組黃燈＝ Q9

B 組紅燈＝ Q0+Q1+Q2+Q3+Q4

OUT 是指 U2(NE555) 元件的輸出信號是代表綠燈閃爍次數調整電路的輸出。

工作週期時間調整

可以藉由調整 SVR1 可調電阻將綠、黃、紅燈全部兩組的工作週期改變。

U1的輸出是接到 U3(CD4017)的 CLK輸入端，提供 4017基本時脈。

U1的輸出頻率 fCLK 可以由 555的工作原理得到如下

fCLK=0.24Hz~1.47Hz

A 組及 B 組燈號工作週期是 10 個時脈週期 (因為 4017 為除 10 計數器 ) 所以整個紅綠燈的調整範圍為 6.8S~41.67S

綠燈閃爍次數調整

可以藉由調整 SVR2 可調電組使綠燈閃爍次數改變。

主要目的是提供第 4及第 9 時序週期（ CD4017 的 Q3及 Q8 輸出為 "1" 時）期間，綠燈閃爍次數的調整。

因為要控制綠燈的閃爍，只要在綠燈的輸入端送 0、 1變化的脈波即可，所以也可以用 555無穩態振盪電路。下圖即為綠燈閃爍次數調整電路

輸出頻率 fOUT 為：

=0.48Hz~16Hz

因為時序週期（ TCLK）的範圍為 0.68 秒～ 4.167 秒，所以可以推出在一個時序週期中綠燈閃爍次數的調整範圍為：

(1) 當 TCLK＝ 0.68 秒時，閃爍次數的調整範圍為：

(2) 當 TCLK＝ 4.167 秒時，閃爍次數的調整範圍為：

重置電路

此電路是提供系統所需的重置信號其中除了 U2(NE555) 的重置信號是由 CD4017 的 Q3 和 Q8 來產生

外，其他三個 IC: U1(NE555)需低態重置， U3(CD4017)需高態重置， U4(CD4013)需高態重置，所以利用重置電路來產生所需的重置信號。

在電源開機瞬間 C1 電容可視為短路，所以 VR9＝ 12V ，又一般的 C1815 電晶體 β值至少在 50 以上，因此，電晶體 Q1 為飽和狀態，

VCE 0.2V≒ 。此時， U1 第 4 腳為 "0" ， U3 第 15 腳為 "1" ， U4A 第 4 腳為 "1" ，所以這

三顆 IC獲得重置。(2) 電容 C1 開始充電，充電時間常數為τ＝ 470×10×10-6＝ 4.7ms充到 12V 的時間需要 5τ ，故需 23.5ms 。(3)當電容經過 5倍時間常數（ 23.5ms）之後，電容 C1 的電壓為 12V ，而 VR9 為0V ，所以 Q1截止， VCE 12V≒ ， U1 、 U3及 U4A 開始正常工作。

資料參考來源

http://library.ksvs.kh.edu.tw/article/disquisition/%A4p%BD%D7%A4%E59710/IC555.pdf

http://library.ksvs.kh.edu.tw/article/disquisition/2006103117415722.pdf

http://content.saihs.edu.tw/contentbook/bep2/U1/06/b/b1_6.htm http://www.national.com/ds/CD/CD4017BC.pdf http://blog.yahoo.com/_KBQAIMBTMVWFLHVCT3Z7O3V2MQ/

articles/90447 丙級工業電子技能檢定 -術科題庫整理與分析 ISBN 957-21-4173-2

報告完畢

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