課程設計---－交通燈控制器

1、<p>　　數(shù)字電路課程設計報告書</p><p>　　題目：交通燈控制系統(tǒng)</p><p>　　課程設計題目－交通燈控制器．</p><p><b>　　任務和要求：</b></p><p>　　本實驗要求設計一個具有主次干道的交通燈控制器，每邊都設置紅、黃、綠三種顏色信號燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可

2、以通行。在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓后來車輛準備停車。</p><p>　　1.用模型模擬交通信號燈對交通的控制，管理；</p><p>　　2．在十字路口的兩個方向上各設一組紅黃綠燈，顯示順序為其中一個方向是綠燈，黃燈，紅燈，另一方面是紅燈，綠燈，黃燈；</p><p>　　3.由于要適應主次干道不同的車流量的需要，設計主干道的車量通行時間為30秒，次

3、干道的車量通行時間為20秒</p><p>　　2.在紅綠燈交換的前幾秒種，先亮黃燈提示司機注意，然后綠燈滅，紅燈亮；</p><p>　　4.用數(shù)字正記時也可用倒計時裝置，提示司機剩余時間。</p><p><b>　　總體方案的選擇：</b></p><p>　　1.交通燈控制電路分為: </p>&l

4、t;p><b>　　時脈產(chǎn)生電路: </b></p><p><b>　　狀態(tài)控制電路</b></p><p><b>　　倒計時電路</b></p><p><b>　　交通燈信號顯示電路</b></p><p>　　2.主干道和支干道的紅、黃、綠

5、三種燈亮的狀態(tài)表</p><p>　　分析：此處燈的狀態(tài)可以用74LS74 控制輸入端的輸入信號，也可以用74LS139和74LS161共同來控制。在設計時，時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號，確保整個電路裝置同步工作和實現(xiàn)定時工作。兩個74LS161 級連作為計數(shù)器，其輸出端通過非門與74LS48 相連，在數(shù)碼管上實現(xiàn)倒計時。由于輸出端輸出不變，所以用74LS74 控制輸入端的輸入信號，使其實現(xiàn)模30、模2

6、0、模5的轉(zhuǎn)化。而74LS74自身也有一個循環(huán)，使74LS161的模值按所需的要求變化。而六個燈由74LS74的輸出端通過74LS139直接控制。</p><p><b>　　下面是系統(tǒng)總框圖</b></p><p>　　時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生一個CP脈沖，計數(shù)器74161接受CP脈沖，實現(xiàn)同步計時。兩片74161，實現(xiàn)計數(shù)功能，并通過非門產(chǎn)生倒計時。計數(shù)器的輸入端用主控

7、制器實現(xiàn)其模值循環(huán)。利用同步置數(shù)端，當高位輸入為1101、低位輸入為0110時實現(xiàn)模30的計數(shù)器；當高位輸入為1111、低位輸入為1011時實現(xiàn)模5的計數(shù)器；當高位輸入為1110、低位輸入為0110時實現(xiàn)模20的計數(shù)器。</p><p>　　然后主控電路，當74的輸出Q2、Q1為00時實現(xiàn)模30的計數(shù)器，此時主干道的綠燈和次干道的紅燈亮起來；當Q2、Q1為01時實現(xiàn)模5計數(shù)器，此時主干道的黃燈和與次干道的紅燈一起

8、亮而主干道的綠燈熄滅；當Q2、Q1為10時實現(xiàn)模20的計數(shù)器，此時主干道的紅燈和次干道的綠燈亮起來；當Q2、Q1為11時，實現(xiàn)模5計數(shù)器，此時次干道的黃燈與主干道的紅燈一起亮，而次干道的綠燈熄滅；然后AB在回到00狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了交通燈的循環(huán)且實現(xiàn)了主次干道通車時間不同的功能。 </p><p>　　計數(shù)器的選擇：可以用兩片161來實現(xiàn)記數(shù)功能，也可用全加器來實現(xiàn)</p><p>　　倒

9、計時顯示：十位倒計時顯示，將161的輸出端通過非門接入48，利用它的反碼輸出在數(shù)碼管上實現(xiàn)倒計時。再利用兩片161的CO輸出來控制74的CP，從而實現(xiàn)紅綠燈的變化。這樣便實現(xiàn)了該電路的所有功能。</p><p>　　此方案中狀態(tài)控制電路我采用了雙D觸發(fā)器74芯片，使得電路的使用的芯片最少，電路也很簡單，思路清晰功能易實現(xiàn)。</p><p>　　四. 單元電路的設計:</p>

10、<p>　　1. cp脈沖產(chǎn)生電路：</p><p>　　用555定時器構成自激多諧振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，能自動地產(chǎn)生矩形脈沖。以下是矩形脈沖產(chǎn)生電路：</p><p>　　2．紅綠燈顯示電路：</p><p>　　紅綠燈顯示是表示電路所處狀態(tài)，與主控電路的狀態(tài)一一對應，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（Q1和Q2）決定了主干道和支干

11、道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則紅黃綠燈及倒計時狀態(tài)圖如下： </p><p>　　化簡得：主干道：R=Q2,Y=Q2！Q1 ，G=Q2！Q1！</p><p>　　支干道：r=Q2!，y=Q1Q2 ， g=Q1！Q2</p><p>　　D1=Q1`=Q1！，D2=Q2`=Q1*Q2！+Q2*Q1！</p><p>　　

12、上面分析結果可以用門電路實現(xiàn)(如與門,與非門,非門等)但是這些電路不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)錯誤,因為中規(guī)模器件不僅較小規(guī)模器件穩(wěn)定,而且接線也教小規(guī)模器件簡單.上面紅綠燈的狀態(tài)完全由Q1和Q2控制,我們用74LS74雙上升沿D觸發(fā)器來實現(xiàn).</p><p>　　紅綠燈接線及主控電路接線如下:</p><p><b>　　3．記時部分：</b></p><p

13、>　　設計要求對不同的狀態(tài)維持的時間不同，我采用了以十進制倒計時顯示記數(shù)。要以十進制輸出，有一些狀態(tài)維持時間超過10秒，則必須用兩個74LS161級聯(lián)分別產(chǎn)生個位和十位的數(shù)字信號。并把它的cp端接秒脈沖。74LS161計數(shù)器是采用加法計數(shù)，要想倒計時，則在74LS161輸出的信號必須經(jīng)過非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動74LS48</p><p>　?。?）狀態(tài)產(chǎn)生模塊：</p><p&g

14、t;　　上表即實現(xiàn)了實現(xiàn)模10的倒計時。</p><p>　　利用系統(tǒng)的狀態(tài)量Q1,Q2控制74LS161的置數(shù)端A，B，C，D。當系統(tǒng)處在Gr或Rg狀態(tài)時，個位的進制是十（模10），即逢十進一，當系統(tǒng)處在Yr或Ry狀態(tài)時，個位的進制是五（模5），即逢五進一，</p><p>　　當狀態(tài)為1111時，74LS161的狀態(tài)必須跳到進入下一個循環(huán)，此時進位輸出為1，我們可以把它的CO非接入置數(shù)

15、端[LD]。對高位的74LS161，我們用CO2來控制高位的置數(shù)端LD，當計數(shù)超過10秒時，個位需向十位進位，此時十位計數(shù)，其它時間其保持不變。把個位的CO1接入ENT2,ENP2接1，當個位需進位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則ENT2=ENP2=1,十位開始計數(shù)，其他時刻CO1=0,則ENT2=0,ENP2=1，十位保持。</p><p>　　對上表化簡得：高位片：D=C=1，B=Q1+Q2，A=Q2！+Q1

16、=（Q2*Q1?。?！</p><p>　　低位片：D=A=Q1，C=Q1！，B=1</p><p>　　設計時把CO1,CO2的與非接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器的cp，當完成一次計時，個位和十位同時完成循環(huán)，此時RCO1=RCO2=0,（其它時刻為1）cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計時，即系統(tǒng)跳到下一個狀態(tài)，紅綠燈轉(zhuǎn)換，計時器開始下一次計時。</p><p>　?。?)

17、數(shù)字顯示模塊：</p><p>　　我們用數(shù)碼管的驅(qū)動74LS48接數(shù)碼管將計時器產(chǎn)生的信號以數(shù)字形式顯示出來，計時部分電路圖如下：</p><p><b>　　四 總體電路圖</b></p><p><b>　　器材清單：</b></p><p>　　六、各單元電路的輸入輸出波形</p>

18、;<p>　　七.電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。</p><p>　　開始由于對555電路，即各種器件及管角的不熟悉，在電路設計及連接過程中遇到的問題很多,主要問題如下：</p><p>　　1、時鐘信號產(chǎn)生電路連接好后，將555定時器“3”針腳接發(fā)光二極管，再串聯(lián)保護電阻后接地，如果發(fā)光二極管常亮，表明電路有問題，后用萬用表檢查發(fā)現(xiàn)芯片的好多管腳與面包板不導通

19、，而且面包板的孔需插的很深才能導通，這會對實驗有很大的影響，所以我換了一塊比較新的面包板，先用萬用表檢查其導通性良好，把萬用表打到二極管處，用探針挨個檢查面包板，如果萬用表發(fā)出響聲說明導通。又重新插好后，這次發(fā)光二極管一亮一滅不停閃爍，則電路連接正常。此外，也可把萬用表調(diào)到20V電壓檔，萬用表負極接地，正極接555定時器“3”針腳，芯片通電后，看電壓變化是否變化明顯，大概在4.7V左右和0.3V左右兩個數(shù)字變化。</p>

20、<p>　　2．短路問題：經(jīng)常發(fā)現(xiàn)正負極導通，此時用萬用表測量管腳電壓是否正常；如：我們接入5v電壓后電路中每一元件的邏輯0應在1v以下，邏輯1應在4.5v以上。如果發(fā)現(xiàn)電壓不合邏輯即可能出現(xiàn)短路問題。如果沒有萬用表可用發(fā)光二級 管串聯(lián)加以測量。其發(fā)光為邏輯1、不發(fā)光為邏輯0。如果我們對電路和邏輯有足夠的理解，我們可以通過電路反映出的現(xiàn)象推出短路的位置。</p><p>　　3．電路工作狀態(tài)不對：燈的狀

21、態(tài)有問題時，要檢查雙D的輸入是否正確，發(fā)光二極管是否已經(jīng)損壞，以及由兩片161的CO經(jīng)過與非門后送給是否經(jīng)過了非門和送給74的CP是否正確；當數(shù)碼管顯示有問題時，首先檢查譯碼芯片74LS48是否接線正常，然后檢查各針腳對應輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管接線是否正確。檢查芯片松了也會造成上面的兩種問題的，只需用一段導線將其卡住問題就解決了。至于溫度、震蕩也會引起交通燈的不穩(wěn)定。所以在實驗中應盡量保證連線的穩(wěn)定。</p><

22、;p>　　4．另外常見的問題為串線問題：仔細對照連線圖與實際電路，查找連線中是否有不應有的節(jié)點；在實際連線中我們經(jīng)常因在線路板中插錯行、列而引發(fā)串線問題。用萬用表測量管腳電壓是否正常；如果發(fā)現(xiàn)電壓不合邏輯即有可能出現(xiàn)串線問題。</p><p>　　5．元件有時候也有問題。一般來說元件問題發(fā)生的可能比較小，所以我們一般在排除以上3種問題后再考慮元件問題。用萬用表測量管腳電壓是否正常；如果發(fā)現(xiàn)電壓不合邏輯即可能

23、出現(xiàn)元件問題。我們也可以使用示波器來測量。</p><p>　　6．電壓有時候也可能引起問題，當無法找到問題的原因時試著把電壓調(diào)到不同的值試試。</p><p>　　總之，插電路板時一定要細心和耐心，如果面包板不太好，最好把線插深點，離的近的線要小心不讓它們的裸露端碰到一起；前期工作要作好，如畫出功能表、真值表卡諾圖的化簡一定要對：此外芯片一定要插好接對。</p><p

24、><b>　　七.分析和總結</b></p><p>　　此次數(shù)字電路邏輯課程設計，我選做的課題是紅綠燈交通信號系統(tǒng)。通過兩個星期的努力并在老師和同學的幫助下，順利完成了本次課程設計。</p><p>　　剛開始老師布置了題目后我一點思路也沒有，后來去圖書館借書，和同學共同討論，才大概能理清思路。慢慢有了思路后，我 根據(jù)設計任務與要求列出各種狀態(tài)的真值表，經(jīng)過卡

25、諾圖化簡的方法得出控制邏輯表達式，設計出電路圖，然后在電腦上運用EWB軟件進行仿真。經(jīng)過反復的重新設計，在仿真成功后，就要進行實際連線。連線前應先設計好怎樣布線看起來美觀整潔。連線是一項需要細心和耐力的工作，稍微有一根線接錯，都會前功盡棄。排錯時應對每一功能一步一步地檢查?？朔N種困難，不斷的修正改進，才能確保實驗的正確性。</p><p>　　就是憑著僅有的一點自信開始連電路了，剛開始遇到了好多的困難和問題，光

26、一個CP就用了一早上，當然連好后出現(xiàn)的問題也很多，通過同學的幫助，和自己的耐心檢查，終于好了，看著燈一亮一面，真的特別的自豪和高興。也總結了很多的經(jīng)驗，有了這些后面的連接也就快了很多，只用了很短的時間就好了。</p><p>　　在芯片的總體布局上排列要按照自己的電路圖的走線來布局。比如脈沖產(chǎn)生電路和數(shù)字顯示電路相對比較獨立。脈沖產(chǎn)生電路可布于面包板的一角，而數(shù)字顯示電路盡量在面包板的上方，這樣既美觀又有利于對這

27、兩部分的單獨檢查，同時還給線路較密的主控和計時部分留下了足夠的空間。芯片布局要均勻，芯片之間要留一些空間來走線，走線盡量避免搭線，這樣有利于排障，并且布局也更加美觀一些。我這次的時間就浪費在布局上了，先后重搭了好幾次才完成。在搭電路的過程中，一定要對所使用的芯片進行檢驗，測試其邏輯功能。對面包板的接觸問題也要注意，隨時檢查其是否連通。在連接電路的時候，一定要邊連邊檢查，連好一部分檢查一部分，一個模塊一個模塊的檢查。如果直接連好所有電路再

28、檢查，會給排查帶來很多不必要的麻煩，而且很不容易檢查出問題。</p><p>　　這次的課程設計我的感受頗多。首先，我進一步理解了數(shù)字電路課程的知識，并學著將所學的知識轉(zhuǎn)化為實踐中，理論有效的聯(lián)系了實踐。其次，我掌握了幾種常用數(shù)字芯片的工作原理，并能熟練的使用，我覺得這對我有非常重要的意義。最重要的是我了解到一般科學實驗的基本步驟，初步學會連接排查電路的基本思想和基本步驟，初步培養(yǎng)了科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的

29、工作態(tài)度。</p><p>　　這次設計把理論和實踐很好的結合在了一起，要我們意識到理論的重要性，而只有實踐了才會真正理解所學內(nèi)容。同時要學會如何面對解決困難，注意調(diào)節(jié)一次次失敗后的心情。在分析遇到的問題時，要從發(fā)散的、辯證的、多角度得去思考，也許會收到意想不到的結果。同時我也深深的體會到了合作的重要，出現(xiàn)問題時要和同學老師一起解決，只靠自己就會鉆牛角尖。所以我們要在今后的學習中鍛煉這種精神。</p>

30、<p>　　通過這次實習，使我加深了數(shù)字電路的理解，在數(shù)字電路這方面的知識我又增加了很多。特別是對元件的理解上。同時也培養(yǎng)了自己科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的工作態(tài)度。 </p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　《數(shù)字電路實驗指導書》作者：張亞婷 王樂 周麗娟 郭華 出版社：西安郵電學院電