交通燈控制器課程設計報告

1、<p>　　數(shù)字電路課程設計報告書</p><p><b>　　題目：交通燈控制器</b></p><p><b>　　課程設計題目</b></p><p><b>　　交通燈控制系統(tǒng)設計</b></p><p>　　二、 設計的任務和要求</p>&l

2、t;p>　　1）在嚴格具有主、支干道的十字路口，設計一個交通燈自動控制裝置。</p><p>　　要求：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>　　2）設置一組數(shù)碼管，以計時的方式顯示允許通行或禁止通行時間，其中一個方向上綠燈亮的時間為20秒，另一個方向上綠燈兩的時間是30秒，黃燈亮的時間都是5秒

3、；</p><p>　　3）何一個方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動開關(guān)，其中一個方向常通行，倒計時停止，當特殊情況結(jié)束后，按下自動控制開關(guān)，恢復正常狀態(tài)。</p><p>　　4）選作：用兩組數(shù)碼管實現(xiàn)雙向到計時顯示。</p><p>　　三、系統(tǒng)總體設計方案及系統(tǒng)框圖</p><p>　　方案一：系統(tǒng)的計時器是由161組成，其中應因為綠燈時間為3

4、0秒，所以綠燈定時器由兩塊161級聯(lián)組成，161是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零，同步置數(shù)的功能。系統(tǒng)的主控制電路是由一塊112，JK觸發(fā)器組成，它是整個系統(tǒng)的核心，控制信號燈的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的譯碼器部分是由一塊139組成，它的主要任務是將控制器的輸出翻譯成6個信號燈的工作狀態(tài)。整個設計共由以上三部分組成。</p><p>　　設計原理：交通燈控制系統(tǒng)主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等器件組成

5、。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。</p><p>　　TL:表示綠燈時間間隔為30秒，即車輛正常通行時間間隔，定時時間到，TL=1，否則TL=0；</p><p>　　TY: 表示黃燈時間間隔為5秒，定時時間到，TY=1，否則TY=0；</p>

6、;<p>　　ST: 表示定時器到了規(guī)定時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，由它控制定時器開始下一個工作狀態(tài)的定時。</p><p><b>　　TLTYST</b></p><p><b>　　單元電路的設計：</b></p><p>　　1. 秒脈沖信號發(fā)生器 </p><p>

7、;　　時鐘信號產(chǎn)生電路主要由555定時器組成震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生一定的“0” 、“1 ”信號，電路圖如下圖所示：</p><p><b>　　2.定時器</b></p><p>　　系統(tǒng)的定時器是由161組成，其中應因為綠燈時間為30秒，所以綠燈定時器由兩塊161級聯(lián)組成，紅燈和黃燈各位一片，161是4位二進制同步計數(shù)

8、器，它具有同步清零，同步置數(shù)的功能，電路圖如下圖所示：</p><p><b>　?、倬G燈</b></p><p><b>　　②紅燈</b></p><p><b>　?、埸S燈</b></p><p><b>　　3.譯碼器</b></p>

9、<p>　　系統(tǒng)的譯碼器部分是由一塊139組成，它的主要任務是將控制器的輸出翻譯成6個信號燈的工作狀態(tài)，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，如下圖所示：</p><p><b>　　4.控制器</b></p><p>　　控制器是系統(tǒng)的主要部分，系統(tǒng)的主控電路是由一塊112，JK觸發(fā)器組成，它是整個系統(tǒng)的核心，由它控制定時器和譯碼器

10、的工作。</p><p>　　TL:表示綠燈時間間隔為30秒，即車輛正常通行時間間隔，定時時間到，TL=1，否則TL=0；</p><p>　　TY：表示黃燈時間間隔為5秒，定時時間到，TY=1，否則TY=0；</p><p>　　ST：表示定時器到了規(guī)定時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號，由它控制定時器開始下一個工作狀態(tài)的定時。</p><p&g

11、t;<b>　　電路圖如下圖所示：</b></p><p><b>　　J1= </b></p><p><b>　　K1=P</b></p><p><b>　　Jo=A</b></p><p><b>　　Ko=B</b><

12、/p><p>　　5、用到的器件：74LS161 4塊 74LS139 1塊</p><p>　　74LS112 1塊 </p><p>　　74LS04 2塊</p>&l

13、t;p>　　74LS08 3塊 </p><p>　　74LS32 1塊</p><p>　　1塊 </p><p>　　七段顯示譯碼器 2塊</p><p>　　發(fā)光二極管紅、綠、黃各兩個

14、，電阻，電容</p><p>　　6、該設計方案的優(yōu)點：各個模塊可以獨立設計，一個模塊的變動不會太影響其他模塊，仿真的結(jié)果和設想的一樣。</p><p>　　7、該設計方案的缺點：用到的芯片比較多，由于老師對芯片有所限制，艘已擁有限的芯片難以實現(xiàn)設計；而且，連接線路比較復雜，實際操作會有一定的困難；譯碼器還要和七段顯示譯碼器相連，線路比較復雜。</p><p>　　

15、方案二：交通燈控制系統(tǒng)可大體分為：時鐘產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路，交通信號顯示電路和時間信號產(chǎn)生電路。其狀態(tài)圖如所示： </p><p>　　設計原理： 時鐘信號產(chǎn)生電路主要由555定時器組成震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生一定的“0” 、“1 ”信號。這些信號通過時間顯示電路轉(zhuǎn)化成時間信號，在通過數(shù)碼管顯示時間。同時這些信號通過交通燈顯示電路轉(zhuǎn)化成6個獨立的交通燈信號，用二極管

16、代替交通燈，實現(xiàn)紅綠黃燈之間的轉(zhuǎn)換。其中主干道綠燈顯示30秒，黃燈顯示5秒，支干道綠燈顯示20秒，黃燈顯示5秒。</p><p>　　根據(jù)設計主、支干道信號一次循環(huán)需要60個信號，所以用2個74LS161級聯(lián)實現(xiàn)，U1代表低位芯片，U2代表高位芯片，取反碼容易實現(xiàn)后面的時間顯示代碼，以進行倒計時，其真值表如圖所示。 U2D3C2B1A0，U1d3c2b1a0分別為7LS161高、低位輸入信號.“0”為低電平，“1

17、”為高電平，二極管在高電平的時發(fā)光，低電平的時不發(fā)光。</p><p>　　用G表示主干道的綠燈，Y表示主干道的黃燈，R表示主干道的紅燈，用g表示次干道的綠燈，y表示此干道的黃燈，r表示次干道的紅燈,則燈的表達式為：</p><p>　　_ _ _ _ _ _</p><p>　　G=

18、Q2 Q1 , Y=Q2Q1,R=Q2,g=Q2Q1,y=Q2 Q1,r =Q2 ，d=Y+y,c=d,b=0,a=d</p><p>　　D=1,C=1,B=G,A=g</p><p><b>　　單元電路的設計：</b></p><p><b>　　秒脈沖信號發(fā)生器 </b></p><p>　

19、　產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖（f =1Hz）,確保整個電路裝置同步工作和實現(xiàn)定時控制。由1個555定時器，1個0.01uF電容，1個4.7 uF電容，1個5.1kΩ電阻和1個150kΩ電阻。其電路圖如圖所示：</p><p><b>　　2,計時器：</b></p><p>　　根據(jù)設計，主干道綠燈顯示30秒，黃燈顯示5秒，支干道綠燈顯示20秒，黃燈顯示5秒。主、支干道信號

20、一次循環(huán)需要60個信號，所以用2個74LS161級聯(lián)實現(xiàn)計時，仿真中只有163，所以如圖所示：</p><p><b>　　3、控制器：</b></p><p>　　控制器是電路的核心部分，用74LS74作為控制器，讓他直接控制交通燈，而燈的持續(xù)時間由控制器的脈沖來控制，由真值表可以知道控制器的脈沖是由計時器的計時狀態(tài)決定的，如下圖所示：</p><

21、;p><b>　　4、譯碼器</b></p><p>　　由于我設計的是倒計時，所以在經(jīng)過譯碼器之前必須用“非門”取其反碼在經(jīng)過譯碼器，這樣七段顯示譯碼器顯示的將是倒計時，如下圖所示：</p><p><b>　　5、用到器件：</b></p><p>　　交通燈控制電路的實現(xiàn)主要使用2個74LS161，2個74LS

22、48，1個74LS00，2個74LS04，1個74LS08，1個74LS74，1個555定時器共10個芯片，其使用器件如圖所示：</p><p>　　6、該設計方案的優(yōu)點：</p><p>　　該設計方案用的期間都限制在老師要求的范圍內(nèi)，而且用到的器件較少，設計簡潔，主要功能全部實現(xiàn)，達到了節(jié)省高效的目的。而且實際操作過程中比較簡單，不容易出現(xiàn)連線錯誤。</p><p&

23、gt;　　7、該設計方案的缺點：</p><p>　　模塊的獨立性不好，一個受一個控制過于緊密，一個模塊的錯誤可能導致其他錯誤。設計的每種狀態(tài)可以保持要求的時間，但并未設想得從29變道00，而是數(shù)碼管顯示00時，狀態(tài)已經(jīng)跳轉(zhuǎn)，但這個通過改進可以克服這一弱點。</p><p>　　通過比較，采用第二種方案更好一些。</p><p>　　四、所選方案關(guān)鍵電路波形圖<

24、;/p><p>　　74LS161的時序波形圖</p><p><b>　　五、電路連接步驟</b></p><p>　　1、按照總的電路圖，規(guī)劃電路總布局，以使電路連接簡單、明了。</p><p>　　2、首先一個模塊一個模塊連接，連接好一個模塊，就檢測一個，包括芯片，電路板，及導線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測時不必要

25、的麻煩。</p><p>　　3、整體連接完畢，進行調(diào)試，看是否和仿真結(jié)果相同。如有出入，仔細檢測電路，查出問題所在。這樣不斷調(diào)試，直到達到預期結(jié)果。</p><p>　　4、改進布線，力求精簡。</p><p>　　六、 電路組裝中發(fā)生的問題</p><p><b>　　及解決方案</b></p><

26、;p>　　1、秒脈沖信號發(fā)生電路是否產(chǎn)生脈沖</p><p>　　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，高電平大于3V，低電平小于0.4V。如果不能產(chǎn)生脈沖，檢測555定時器的引腳是否接對，電阻和電容是否接正確，如果不是這些問題，就通過換芯片，看是否是芯片的問題，如果芯片也沒問題，就檢測是不是電路板有問題。</p><

27、p>　　2、數(shù)碼管不能正常顯示</p><p>　　看數(shù)碼管是怎樣顯示的，如果顯示亂碼，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。如果數(shù)碼管中某些段不亮，檢查接線是否正確，對應針腳電壓是否變化。如果是某些段不滅也不完全亮，換一個數(shù)碼管試試。</p><p>　　3、交通燈不顯示或不按仿真的狀態(tài)顯示：</p><

28、;p>　　檢查二極管是否能發(fā)光，然后檢查二極管接線處是否良好，最后檢查接線是否按照狀態(tài)方程連接正確。</p><p>　　4、數(shù)碼管與交通燈配合有問題：</p><p>　　本來設想的是，一個狀態(tài)持續(xù)時間為從最高時間倒計時到零，比方設想為狀態(tài)持續(xù)從29到0，再轉(zhuǎn)入下一個狀態(tài)?？蓪嶋H連出來為狀態(tài)持續(xù)時，數(shù)碼管顯示為0，29---1，因為電路連接沒問題，所以仔細檢查設計過程，原來是設計中

29、將兩個計時器的進位端通過“與門”,再將其作為控制器的脈沖，由于我一直取得是反碼，所以到零時，正好兩計時器都進位，“與” 以后為1，作為控制器的時鐘脈沖，而控制器是上升沿D觸發(fā)器，這樣正好使交通燈轉(zhuǎn)入下一個狀態(tài)，所以出現(xiàn)這種狀態(tài)，我對電路作了改進，終于達到預期效果。</p><p>　　七、所選方案的總電路圖</p><p><b>　　八、總結(jié)</b></p&g

30、t;<p>　　兩周的電路實習，留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。查找資料和設計電路及其仿真相對來說需要時間并不多，花費時間最多的是各個單元電路的連接及各個模塊的檢測。為了連好電路，便整天坐在實驗室里，盡管我們每天只有半天時間，但為了方便電路的檢測和請教老師，我便跟著電科的學生一起上實驗課。晚上也是連線到凌晨3點多，有時真的很想放棄，但看著自己的勞動成果，心有不甘，還是咬咬牙堅持了。在連

31、接完最后一個模塊，進行檢測時發(fā)現(xiàn)最后一個芯片所用的電路板的孔有問題，那是真的不知道怎么辦，換板的話，以前所做的一切等于徒勞，我只能放棄以前的布局思想，將最后的芯片挪到電路板的其他地方。連完后，調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)本來設想的是，一個狀態(tài)持續(xù)時間為從最高時間倒計時到零，比方設想為狀態(tài)持續(xù)從29到0，再轉(zhuǎn)入下一個狀態(tài)?？蓪嶋H連出來為狀態(tài)持續(xù)時，數(shù)碼管顯示為0，29---1，因為電路連接沒問題，所以仔細檢查設計過程，原來是設計中將兩個計時器的進位端通

32、過“與門”,再將其作為控制器的脈沖，由于我一直取得是反碼，所以到零時，正好兩計時器都進位，“與” 以后為1，作為控制器的時鐘脈沖，而控制器是上升沿D觸</p><p>　　這次電路實習，不但讓我體會到設計成功時的喜悅，而且，從設計到電路連接都讓我受益匪淺，不僅通過實踐鞏固了課本上的知識，而且在實際運用中活學活用，擴大了知識面，了解了更多的芯片。通過實習，我懂得如何合理的做一個實驗，以及做電路設計時的一些好習慣。做

33、一個設計，首先要在設計上多用心，保證設計的正確性。然在設計中要靈活變動。在實際操作中，要熟練掌握各個芯片的功能，根據(jù)所提供的器件，總體要有一個布局的概念。在實現(xiàn)部分電路功能時，要做到模塊化操作，做好一個模塊再進行下一個模塊的連接，這樣能提高很高的效率，減少很多麻煩。在檢測電路的時候，要針對現(xiàn)象進行分析，估計是什么地方的錯誤，不能沒有目的的盲目檢測，還要選擇合適的檢測儀器。檢測中還要學會正確使用萬用表中的一些功能。在實際的連接中，還要注意

34、一些連接順序，要先連接振蕩電路，測試無誤后方可連接其他。所有的數(shù)碼管，二極管都要接限流電阻。不能帶電插拔。所有器件的多余輸入不能懸空，做合適的處理。有些不高不低的電平信號，會造成邏輯上的錯誤，導致無法檢測出電路的問題所在。所以實際操作中有很多的問題值得我們注意，在解決的同時又會掌握不少實際應用的能力。設計中還要有一</p><p>　　同時這次電路設計實習，使得我對數(shù)字電路更感興趣，并且，在設計的過程中，積極去查

35、閱資料，不僅學會了 獨立思考，而且學會了在遇到困難的時候不慌忙，不亂陣腳，仔細查找問題。更好的提高了自己的動手能力，還主動幫助同學查找問題。雖然這次設計遇到了很多麻煩，包括設計因素和客觀因素，但能解決這些麻煩提前完成設計，感到還挺有成就感的。</p><p>　　感謝老師為我們提供這次的實習機會和悉心的指導。</p><p><b>　　九、參考文獻</b></