數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)--交通燈控制器

1、<p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p><b>　　題目：交通燈控制器</b></p><p><b>　　一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　1.綜合應(yīng)用數(shù)字電路知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器。了解各種元器件</p><p><b>　　的原理及其應(yīng)用。</b

2、></p><p>　　2.深入了解交通燈的工作原理。</p><p>　　3.鍛煉自己的動(dòng)手能力和實(shí)際解決問題的能力。</p><p><b>　　二 實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　　1）在十字路口的兩個(gè)方向上各設(shè)一組紅黃綠燈，顯示順序?yàn)槠渲幸粋€(gè)方向是綠燈，黃燈，紅燈，另一方面是紅燈，綠燈，黃燈。</

3、p><p>　　2）設(shè)置一組數(shù)碼管，以計(jì)時(shí)的方式顯示允許通行或禁止通行時(shí)間，其中一個(gè)方向上綠燈亮的時(shí)間為20秒，另一個(gè)方向上綠燈亮的時(shí)間是30秒，黃燈亮的時(shí)間都是5秒。</p><p>　　3）當(dāng)任何一個(gè)方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動(dòng)開關(guān)，其中一個(gè)方向常通行，倒計(jì)時(shí)停止，當(dāng)特殊情況結(jié)束后，按下自動(dòng)控制開關(guān)，恢復(fù)正常狀態(tài)。</p><p>　　4）選作：用兩組數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)雙向到

4、計(jì)時(shí)顯示。</p><p><b>　　三 使用元件</b></p><p><b>　　四 總體方案的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1．分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖所示。它主要由控制器、定時(shí)器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，控制器是系

5、統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器，數(shù)碼管和二極管的工作。 </p><p>　　2．分析系統(tǒng)的狀態(tài)變化，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表： （1）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行， 支干道禁止通行。 （2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車

6、輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。</p><p>　?。?）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行。 （4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。</p><p>　　交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制

7、的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示：</p><p><b>　　五 單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1） 秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　通過555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不同的方波脈沖，即不同的頻率脈沖。課程設(shè)計(jì)需

8、要秒脈沖，利用2個(gè)電容，2個(gè)電阻。</p><p><b>　　脈沖產(chǎn)生</b></p><p>　　2) 紅綠燈（發(fā)光二極管）顯示電路</p><p>　　紅綠燈顯示是表示電路所處狀態(tài)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（A和B）決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。</p><p>　　如亮用1表示，滅用0表示，則

9、有，</p><p>　　所以，R=A Y=~AB G=~A~B</p><p>　　r=~A y=A~B g=AB</p><p>　　紅綠燈顯示電路接線如下:</p><p><b>　　3） 計(jì)時(shí)部分電路</b></p><p>　　計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)

10、生模塊：</p><p>　　設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同，而且要以十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示出來。采用兩個(gè)74LS161完成計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　要以十進(jìn)制輸出，而又有一些狀態(tài)維持時(shí)間超過10秒，則必須用兩個(gè)74LS161分別產(chǎn)生個(gè)位和十位的數(shù)字信號(hào)。顯然，計(jì)數(shù)器能夠完成計(jì)時(shí)

11、功能，我們可以用74LS161設(shè)計(jì)，并把它的時(shí)鐘cp接秒脈沖。74LS161計(jì)數(shù)器是采用加法計(jì)數(shù)，要想倒計(jì)時(shí)，則在74LS161輸出的信號(hào)必須經(jīng)過非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74LS48，而在顯示是以0---9顯示計(jì)時(shí)，故在設(shè)計(jì)不同模值計(jì)數(shù)器確定有效狀態(tài)時(shí)，以0000，0001，0010-----1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。</p><p>　　例如：有效狀態(tài)1011—1100—1101—1110—

12、1111</p><p>　　取非 0100—0011—0010—0001—0000</p><p>　　即 4------3-------2--------1---------0</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)模5的倒計(jì)時(shí)。</b></p><p>　　1.首先對(duì)控制個(gè)位輸出的74LS161設(shè)計(jì)

13、</p><p>　　按要求對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)不同，個(gè)位的進(jìn)制也就要求不同。利用系統(tǒng)的狀態(tài)量A,B控制74LS161的置數(shù)端D0D1D2D3。當(dāng)系統(tǒng)處在Gr或Rg狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是十（模10），即逢十進(jìn)一，當(dāng)系統(tǒng)處在Yr或Ry狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是五（模5），即逢五進(jìn)一，模10時(shí)，有效狀態(tài)為0110，0111，1000，-----1111，置D3D2D1D0為0110，模5時(shí)有效狀態(tài)為1011，1100，1101，11

14、10，1111，置D3D2D1D為1011，由此有，</p><p>　　D0=D3＝~（~Y~y） D2=~(~G~g) D1=1</p><p>　　當(dāng)狀態(tài)為1111時(shí)，74LS161的狀態(tài)必須跳到進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，此時(shí)進(jìn)位輸出為1，把它的CO非接入置數(shù)端[LD]。</p><p>　　2.再對(duì)控制十位輸出的74LS161設(shè)計(jì)。同設(shè)計(jì)控制個(gè)位輸出的

15、74LS161基本類似，用系統(tǒng)狀態(tài)量A,B控制十位74LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當(dāng)系統(tǒng)處于Gr狀態(tài)時(shí)置D3D2D1D0為1101，當(dāng)系統(tǒng)處于Yr或Ry時(shí)置D3D2D1D0為1111，當(dāng)系統(tǒng)處于Rg時(shí)置D3D2D1D0為1110，有，</p><p>　　D3=D2=1 D1=A+B=~G D0=~A+~B=~g</p><p>　　同理我們將CO2非接入置數(shù)端[

16、LD]</p><p>　　***對(duì)一些級(jí)聯(lián)的處理</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)超過10秒時(shí)，個(gè)位需向十位進(jìn)位，此時(shí)十位計(jì)數(shù)，其它時(shí)間其保持不變，通過控制十位的CLK端實(shí)現(xiàn)這一功能，個(gè)位的CO1非連接十位的CLK端，當(dāng)個(gè)位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則十位有脈沖,十位開始計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻CO1=0,十位沒有脈沖，十位保持。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)把CO1,C

17、O2的與接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器的cp，當(dāng)完成一次計(jì)時(shí)，個(gè)位和十位同時(shí)完成循環(huán)，此時(shí)CO1=CO2=1,（其它時(shí)刻為0）cp出現(xiàn)一上升沿，觸發(fā)器計(jì)時(shí)，即系統(tǒng)跳到下一個(gè)狀態(tài)，計(jì)時(shí)器開始下一次計(jì)時(shí)。</p><p><b>　　4）主控電路</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)要求中要實(shí)現(xiàn)四種狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，首先要把這四種狀態(tài)以數(shù)字的形態(tài)表示出來?？梢詢晌欢M(jìn)制數(shù)表示

18、所需狀態(tài)（00—Gr, 01—Yr, 11—Rg, 10—Ry）,循環(huán)狀態(tài)：（00—01—11—10—00）</p><p>　　數(shù)字電路課程中介紹的計(jì)數(shù)器就是通過有限幾個(gè)不同狀態(tài)之間的循環(huán)實(shí)現(xiàn)不同模值計(jì)數(shù)，由此設(shè)計(jì)一模值為4的計(jì)數(shù)器，其輸出（代表不同狀態(tài)）既可以循環(huán)轉(zhuǎn)換，而且能夠控制其他部分電路。在課程設(shè)計(jì)中利用74LS74（雙上升沿D觸發(fā)器）設(shè)計(jì)模4計(jì)數(shù)器作為主控部分電路。</p><

19、;p><b>　　主控電路：</b></p><p>　　六. 總系統(tǒng)電路圖（附后面） </p><p>　　七. 心得體會(huì)及分析 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)的這兩周，當(dāng)中有苦也有樂，從苦樂中我學(xué)到了很多東西。不僅很好的復(fù)習(xí)了一下數(shù)電所學(xué)的內(nèi)容，而且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。 </p><p>　　第一天聽了老

20、師的講解，我了解了交通燈所要完成的各項(xiàng)要求和所需的各種器件。接下來就是去圖書館查資料，仔細(xì)看了幾本講解交通燈的書，我對(duì)所要設(shè)計(jì)的交通燈有了進(jìn)一步的了解。開始設(shè)計(jì)電路，一部分并不難，但要把每一部分連在一起，最終實(shí)現(xiàn)要求就挺難的。設(shè)計(jì)好電路后，我去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路的仿真。仿真出來后發(fā)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)錯(cuò)了，我觀察了數(shù)字的變化，經(jīng)過多次嘗試，改了兩片161的級(jí)聯(lián)和脈沖，最后倒計(jì)時(shí)和燈都符合要求了。</p><p>　　仿真出來特別

21、開心，等到連接電路的時(shí)候發(fā)現(xiàn)實(shí)際的連接線路要考慮布線、器件的位置等，還是有一定的難度的。不過經(jīng)過兩天的努力，終于把電路連接好了，插上電源一試，數(shù)碼管都不亮，后來查出正負(fù)極短接了，但是就是不知道哪里短接，問了數(shù)碼管亮的同學(xué)才知道數(shù)碼管不要接正極，是共陰極的。電路終于好了，倒計(jì)時(shí)，燈都好了。電路是不允許出現(xiàn)一點(diǎn)錯(cuò)誤的，一個(gè)管腳連接出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致整個(gè)電路的功能不能實(shí)現(xiàn)。因此我們要有認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和足夠的耐心。</p>