智能交通灯控制系统考试试题.docx
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智能交通灯控制系统考试试题
《电子产品装配与调试》试题
题目:
智能交通灯控制系统
完成时间:
4小时
工位号:
日期:
第一部分电路说明部分
一、电路功能概述
此系统为数字电路搭建的智能交通灯控制系统,模拟一个东西和南北方向的汇合点形成的十字路口(包括人行通道),在交叉路口的每个入口都设有红黄绿三种信号灯(红灯亮表示禁止通行,绿灯亮表示允许通行,黄灯亮表示提醒),并且用4组数码管显示十字路口两个方向剩余的通行时间。
人行通道也设有红绿信号灯。
系统可以通过模式选择键选择工作在白天还是夜晚。
具体实现过程:
白天
夜晚
南北方向绿灯亮20s
南北方向黄灯闪烁4s
东西南北方向四个黄灯闪烁其他都不亮
东西方向红灯亮24s
人行道南北方向绿灯亮24s
人行道东西方向红灯亮24s
南北方向红灯亮24s
东西方向绿灯亮20s
东西方向黄灯闪烁4s
人行道东西方向绿灯亮24s
人行道南北方向红灯亮24s
二、单元数字电路介绍
1、秒脉冲发生器的设计
由NE555构成的多谐振荡器来输出周期为1s的矩形脉冲,555定时器构成多谐振荡器时,频率为:
f = 1 / T = 1.44 / (R1 + 2R2)*C
图1:
典型电路图2:
应用电路
2、4分频器的设计
由CD4013双D触发器构成4分频器来输出周期为4s的矩形脉冲。
CD4013由2个D触发器构成,每个触发器都有各自的清零和置位输入端,以及互补的Q和Q输出端。
当555多谐振荡器有1秒脉冲输入到第一个D触发器D端时,在上升沿时刻,D端的输入信号传送到Q输出端,直到第二个上升沿时刻,再输出,从而第一个D触发器输出2秒,再把2秒输入到第二个D触发器D端时,在上升沿时刻,D的输入信号传送到Q输出端,直到第二个上升沿时刻,再输出,从而实现4秒。
应用电路图如下图3所示。
图3:
4分频器电路
3、灯控电路:
移位寄存器(74LS164)
(1)74LS164是8位并行输出高速移位寄存器,其功能说明如下:
引脚符号名称
AB数据输入端
CLK时钟信号输入端(上升沿触发)
\MR主复位信号输入(低电平有效)
Q0—Q7输出端
图4:
74LS164引脚图
数据串行输入,并从八个触发器输出端并行输出。
一个两输入端(A或B)“与”门接收并行数据,AB中任一端都可用作高电平有效的“允许”输入端,而另一端则作为数据输入端。
AB两端若有一端不使用,则次端必须接高电平,或两个输入端连接在一起。
时钟信号(CP)每次从低电平跳变到高电平,寄存器数据右移一位,并把在时钟脉冲上升沿之前在“与”门输入端上的数据送进Q0,主复位信号(MR)对于其他输入信号有优先权。
当MR为低电平时,寄存器被异步清零,所有Q输出被强置为低电平。
图5:
74LS164的真值表
(2)灯控电路工作流程
设十字路口南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG,东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。
工作流程为:
南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮;南北方向黄灯亮,东西方向红灯亮;南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮;南北方向红灯亮,东西方向黄灯亮,为一个循环。
即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和,南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。
时序工作流程图见图6所示。
采用每个单位时间为4秒,则南北、东西方向绿、黄、红时间分别为20秒、4秒、24秒,一次循环48秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯的时间之和,黄灯是间歇闪耀。
1234567891011121234
CP(T=4S)
NSG
NSY
NSR
EWR
EWG
EWY
图6:
工作流程图
根据系统工作流程可以列出下列真值表:
图7:
真值表
根据真值表可以列出下列逻辑表达式:
南北方向:
绿灯:
NSG=QA黄灯:
NSY=QAQF红灯:
NSR=
东西方向:
绿灯:
EWG=QF黄灯:
EWY=红灯:
EWR=QA
由于黄灯要求闪耀几次,所以用时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
同时加入了夜晚模式,即在夜晚时只有黄灯以1hz的频率闪烁,现进行细化如下:
设十字路口向北方向的红、黄、绿灯分别为NR0、NY0、NG0,向南方向的红、黄、绿灯分别为SR0、SY0、SG0,南北方向两人行通道的红灯分别为SR1、SR2、NR1、NR2,南北方向两人行通道的绿灯分别为SG1、SG2、NG1、NG2。
向西方向的红、黄、绿灯分别为WR0、WY0、WG0,向东方向的红、黄、绿灯分别为ER0、EY0、EG0,东西方向两人行通道的红灯分别为ER1、ER2、ER1、ER2,东西方向两人行通道的绿灯分别为WG1、WG2、WG1、WG2。
清零端设为:
CLR1hz脉冲设为F1
加入选择模式和黄灯闪烁功能后,可以对每个指示灯列出下列逻辑表达式:
NR0=SR0=WG1=WG2=EG1=EG2=CLR*
NY0=SY0=(QAQF+)F1
NG0=SG0=CLR*QA
WR1=WR2=ER1=ER2=CLR*QA
WR0=ER0=NG1=NG2=SG1=SG2=CLR*QA
WY0=WY0=(+)F1
WG0=WG0=CLR*QAQF
NR1=NR2=SR1=SR2=CLR*
4、时控电路:
74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如下所示:
PL
为置数端
MR清零端
CPu加计数端
CPd减计数端
TCu非同步进位输出端
TCd非同步借位输出端
P0~P3计数输入端图8:
74LS192引脚图
Q0~Q3数据输出端
其真值表如下图9所示:
图9:
74LS192真值表
4组数码管显示十字路口两个方向剩余的通行时间,时控电路与灯控电路是相对应的。
(1)南北方向显示24到0时,东西方向显示0
(2)南北方向显示0时,东西方向显示24到0
所以主要用到74LS192的置数、清零、减计数的功能。
设:
东西方向显示高位的74LS192的QB为X,南北方向显示高位的74LS192的QB为Y。
南北方向清零端为1MR置数端为1PL
东西方向清零端为2MR置数端为2PL
列出下列逻辑表达式:
南北方向:
清零:
1MR=QB置数:
1PL=
东西方向:
清零:
2MR=QA+X)置数:
2PL=
5、译码驱动电路:
它将输入BCD标准代码变换成驱动七段数码管所需的码信号。
它又称为四线-七段锁存译码器,其中四线A~D为BCD码输入端,高电平有效,A为低位输入端,D为高位端,七段a~g输出高电平以驱动共阴极数码管发光。
LE为锁存控制端,高电平时能够锁存输入的BCD码。
LT为灯测试反相控制端,BI为消隐反相控制端。
图10:
CD4511引脚图
图11:
CD4511真值表
三、装配及调试说明
1、装配
根据电路原理图、PCB装配图和材料清单表,将元件安装焊接到PCB板上,安装焊接要求详见试题部分第二题(电子产品装配)。
2、调试
电路通电前应仔细检查所有元件焊接是否正确,例如:
是否出现虚焊、连焊、极性装反和元件错焊等常见问题。
检查无误后用万用表测量电源输入端是否有短路,若一切正常方可根据下面的程序进行调试。
注:
此套件设置有一处故障,在整机调试中若遇到功能无法实现时,需对照原理图检测电路是否正常,排除电路故障后再进行电路的调试。
3、调试步骤:
①系统供电电压为+5V,上电后检测电源电压是否为+5V输出,电源指示灯LED2亮。
②调节RP1和RP2,使555输出的矩形波的频率为1HZ,使LED1以1HZ的频率闪烁。
③根据上面时控电路的介绍,根据其逻辑表达式,找出PCB上存在的一处故障。
④通过模式选择拨动开关分别选择白天和夜晚模式,查看功能是否正确。
第二部分考试答卷部分(满分100)
一、元器件识别与检测(27分)
1、元件识别(4分)
清点套件中的元件,其中共有三极管只,一位共阴数码管只,此外还包括_______________________________________________________________等元件。
2、元件测试(12分)
将下表涉及的元件检测结果填入表中。
质量判定填写“可用”、“短路”、“断路”、“漏电”等。
所使用的万用表为:
_______________________(选填指针或者数字)
元器件
识别及检测内容
配分
评分标准
得分
电阻
R2
标称值
测量值
测量档位
1
错1项,该电阻测试项不得分
电容
C2
标称值
介质
质量判定
1
错1项,该电容测试项不得分
三极管
Q8
画出外形示意图标注管脚名称
b-e结正向
电阻
b-c结反向电阻
2
错1项,该三极管测试项不得分
电位器
RP1
画出外形示意图
电路符号
质量判定
2
错1项,该电位器测试项不得分
数码管
ME1
画出外形示意图
判断是共阴还是共阳
质量判定
2
错1项,该蜂鸣器测试项不得分
元件挑选
全部元器件
元器件应用正确
2
元件装错、漏或损坏1分/件
万用表的使用和维护
万用表正常使用和维护
操作全过程无失误
2
各项操作方法不当及失误扣0.5分/项
3、利用仪器设备检测各测试点的信号,记录波形参数并填写下表(10分)
①未通电时,将电位器RP1的阻值调至5k,电位器RP1的阻值调至100k,测试TEST1的波形并记录参数。
(3分)
TEST1:
记录示波器波形
示波器
峰峰值为:
V
频率为:
Hz
写出峰峰值Vp=V频率值f=kHZ
②测试TEST2的波形并记录参数。
(3分)
TEST2:
记录示波器波形
示波器
峰峰值为:
V
频率为:
Hz
写出峰峰值Vp=V频率值f=Khz
③简述题(4分)
试分析CD4013作为四分频器的原理。
二、电子产品装配(28分)
工艺要求:
元件安装整齐、焊点美观
内容
技术要求
配分
评分标准
得分
元器件安装
1、元件引脚加工尺寸及成型符合相关装配工艺要求。
2、元件安装应横平竖直。
3、元件字符方向应与PCB的字符方向一致。
4、各个元器件安装正确无误。
8
检查成品,不符合要求的,每处每件扣3分/件。
焊点质量
1、焊点大小适中,无漏、虚、连、假焊点,焊点光滑、圆润、干净、无毛刺。
2、焊盘不应脱落。
3、修剪管脚长度合适、一致、美观。
6
安装质量
1、集成电路,二、三极管及导线安装应符合工艺要求。
2、元器件安装牢固,排列整齐。
3、无烫伤和划伤处,整机清洁无污物。
6
工具的使用和维护
1、电烙铁的正确使用和维护。
2、万用表的正确使用和维护。
3、螺丝刀、斜口钳等工艺的正确使用。
6
根据监考记录,工具的不正确操作,每次扣3分。
工作环境
1、工作过程中应保证工作台的整洁。
2、工作完成后应降工作台和测试设备清理干净,测试设备应归位。
2
根据监考记录和结束时的现场环境每次扣3分
三、产品功能测试(25分)
根据整机调试说明,进行以下测试:
(1)系统上电后,电源指示灯LED2亮(4分)
(2)NE555多谐振荡器电路产生1HZ频率矩形脉冲正常,LED1指示灯正常(5分)
(3)各交通指示灯能够正常工作(6分)
(4)4组数码管能够正确显示十字路口两个方向剩余的通行时间(6分)
(5)白天/夜晚选择模式工作正常(4分)
四、绘制电路图(20分)
考生在D盘根目录下建立一个文件夹,文件夹命名为“T+工位号”,考生所有文件均需保存在该文件夹内。
各文件的文件名如下:
工程文件:
××.prjpcb
原理图文件:
××.schdoc
原理图元件库文件:
××.schlib
其中××为考生工位号,如06.sch
注:
如果保存文件的路径不对,则无成绩。
文件夹的内容均不能出现个人信息,否则不予评分。
电路原理图:
U1,U2,U3为功率放大管OP07,RP1为1k电位器需要在原理图上进行标注。
附件一:
智能交通灯控制系统清单
附件二:
智能交通灯控制系统原理图