交通燈控制器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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>　　課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　二、 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p>&l

2、t;p>　　1）在嚴(yán)格具有主、支干道的十字路口，設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈自動控制裝置。</p><p>　　要求：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；</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)方向上綠燈兩的時(shí)間是30秒，黃燈亮的時(shí)間都是5秒

3、；</p><p>　　3）何一個(gè)方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動開關(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)雙向到計(jì)時(shí)顯示。</p><p>　　三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)框圖</p><p>　　方案一：系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器是由161組成，其中應(yīng)因?yàn)榫G燈時(shí)間為3

4、0秒，所以綠燈定時(shí)器由兩塊161級聯(lián)組成，161是4位二進(jìn)制同步計(jì)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(gè)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(wù)是將控制器的輸出翻譯成6個(gè)信號燈的工作狀態(tài)。整個(gè)設(shè)計(jì)共由以上三部分組成。</p><p>　　設(shè)計(jì)原理：交通燈控制系統(tǒng)主要由控制器、定時(shí)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(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(shí)器和譯碼器的工作。</p><p>　　TL:表示綠燈時(shí)間間隔為30秒，即車輛正常通行時(shí)間間隔，定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則TL=0；</p><p>　　TY: 表示黃燈時(shí)間間隔為5秒，定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則TY=0；</p>

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

7、;　　時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)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(shí)器</b></p><p>　　系統(tǒng)的定時(shí)器是由161組成，其中應(yīng)因?yàn)榫G燈時(shí)間為30秒，所以綠燈定時(shí)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(jìn)制同步計(jì)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>　　①綠燈</b></p><p><b>　?、诩t燈</b></p><p><b>　　③黃燈</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(wù)是將控制器的輸出翻譯成6個(gè)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(gè)系統(tǒng)的核心，由它控制定時(shí)器和譯碼器

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

14、，電阻，電容</p><p>　　6、該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)模塊可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，一個(gè)模塊的變動不會太影響其他模塊，仿真的結(jié)果和設(shè)想的一樣。</p><p>　　7、該設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)：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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)；而且，連接線路比較復(fù)雜，實(shí)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(fù)雜。</p><p>　　

15、方案二：交通燈控制系統(tǒng)可大體分為：時(shí)鐘產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路，交通信號顯示電路和時(shí)間信號產(chǎn)生電路。其狀態(tài)圖如所示： </p><p>　　設(shè)計(jì)原理： 時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)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(shí)間顯示電路轉(zhuǎn)化成時(shí)間信號，在通過數(shù)碼管顯示時(shí)間。同時(shí)這些信號通過交通燈顯示電路轉(zhuǎn)化成6個(gè)獨(dú)立的交通燈信號，用二極管

16、代替交通燈，實(shí)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(shè)計(jì)主、支干道信號一次循環(huán)需要60個(gè)信號，所以用2個(gè)74LS161級聯(lián)實(shí)現(xiàn)，U1代表低位芯片，U2代表高位芯片，取反碼容易實(shí)現(xiàn)后面的時(shí)間顯示代碼，以進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，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(shí)發(fā)光，低電平的時(shí)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(dá)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(shè)計(jì)：</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(gè)電路裝置同步工作和實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。由1個(gè)555定時(shí)器，1個(gè)0.01uF電容，1個(gè)4.7 uF電容，1個(gè)5.1kΩ電阻和1個(gè)150kΩ電阻。其電路圖如圖所示：</p><p><b>　　2,計(jì)時(shí)器：</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)，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(gè)信號，所以用2個(gè)74LS161級聯(lián)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，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(shí)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(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)的是倒計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)，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(shí)現(xiàn)主要使用2個(gè)74LS161，2個(gè)74LS

22、48，1個(gè)74LS00，2個(gè)74LS04，1個(gè)74LS08，1個(gè)74LS74，1個(gè)555定時(shí)器共10個(gè)芯片，其使用器件如圖所示：</p><p>　　6、該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　該設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)簡潔，主要功能全部實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了節(jié)省高效的目的。而且實(shí)際操作過程中比較簡單，不容易出現(xiàn)連線錯(cuò)誤。</p><p&

23、gt;　　7、該設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)：</p><p>　　模塊的獨(dú)立性不好，一個(gè)受一個(gè)控制過于緊密，一個(gè)模塊的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致其他錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)的每種狀態(tài)可以保持要求的時(shí)間，但并未設(shè)想得從29變道00，而是數(shù)碼管顯示00時(shí)，狀態(tài)已經(jīng)跳轉(zhuǎn)，但這個(gè)通過改進(jìn)可以克服這一弱點(diǎn)。</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(shí)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(gè)模塊一個(gè)模塊連接，連接好一個(gè)模塊，就檢測一個(gè)，包括芯片，電路板，及導(dǎo)線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測時(shí)不必要

25、的麻煩。</p><p>　　3、整體連接完畢，進(jìn)行調(diào)試，看是否和仿真結(jié)果相同。如有出入，仔細(xì)檢測電路，查出問題所在。這樣不斷調(diào)試，直到達(dá)到預(yù)期結(jié)果。</p><p>　　4、改進(jìn)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(fù)極接地，正極接555定時(shí)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(shí)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(yīng)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(yīng)針腳電壓是否變化。如果是某些段不滅也不完全亮，換一個(gè)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(shè)想的是，一個(gè)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間為從最高時(shí)間倒計(jì)時(shí)到零，比方設(shè)想為狀態(tài)持續(xù)從29到0，再轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)?？蓪?shí)際連出來為狀態(tài)持續(xù)時(shí)，數(shù)碼管顯示為0，29---1，因?yàn)殡娐愤B接沒問題，所以仔細(xì)檢查設(shè)計(jì)過程，原來是設(shè)計(jì)中

29、將兩個(gè)計(jì)時(shí)器的進(jìn)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(shí)，正好兩計(jì)時(shí)器都進(jìn)位，“與” 以后為1，作為控制器的時(shí)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(gè)狀態(tài)，所以出現(xiàn)這種狀態(tài)，我對電路作了改進(jìn)，終于達(dá)到預(yù)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(shí)習(xí)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。查找資料和設(shè)計(jì)電路及其仿真相對來說需要時(shí)間并不多，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及各個(gè)模塊的檢測。為了連好電路，便整天坐在實(shí)驗(yàn)室里，盡管我們每天只有半天時(shí)間，但為了方便電路的檢測和請教老師，我便跟著電科的學(xué)生一起上實(shí)驗(yàn)課。晚上也是連線到凌晨3點(diǎn)多，有時(shí)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(jiān)持了。在連

31、接完最后一個(gè)模塊，進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)最后一個(gè)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(shè)想的是，一個(gè)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間為從最高時(shí)間倒計(jì)時(shí)到零，比方設(shè)想為狀態(tài)持續(xù)從29到0，再轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)。可實(shí)際連出來為狀態(tài)持續(xù)時(shí)，數(shù)碼管顯示為0，29---1，因?yàn)殡娐愤B接沒問題，所以仔細(xì)檢查設(shè)計(jì)過程，原來是設(shè)計(jì)中將兩個(gè)計(jì)時(shí)器的進(jìn)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(shí)，正好兩計(jì)時(shí)器都進(jìn)位，“與” 以后為1，作為控制器的時(shí)鐘脈沖，而控制器是上升沿D觸</p><p>　　這次電路實(shí)習(xí)，不但讓我體會到設(shè)計(jì)成功時(shí)的喜悅，而且，從設(shè)計(jì)到電路連接都讓我受益匪淺，不僅通過實(shí)踐鞏固了課本上的知識，而且在實(shí)際運(yùn)用中活學(xué)活用，擴(kuò)大了知識面，了解了更多的芯片。通過實(shí)習(xí)，我懂得如何合理的做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以及做電路設(shè)計(jì)時(shí)的一些好習(xí)慣。做

33、一個(gè)設(shè)計(jì)，首先要在設(shè)計(jì)上多用心，保證設(shè)計(jì)的正確性。然在設(shè)計(jì)中要靈活變動。在實(shí)際操作中，要熟練掌握各個(gè)芯片的功能，根據(jù)所提供的器件，總體要有一個(gè)布局的概念。在實(shí)現(xiàn)部分電路功能時(shí)，要做到模塊化操作，做好一個(gè)模塊再進(jìn)行下一個(gè)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(shí)候，要針對現(xiàn)象進(jìn)行分析，估計(jì)是什么地方的錯(cuò)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(xué)會正確使用萬用表中的一些功能。在實(shí)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(cuò)誤，導(dǎo)致無法檢測出電路的問題所在。所以實(shí)際操作中有很多的問題值得我們注意，在解決的同時(shí)又會掌握不少實(shí)際應(yīng)用的能力。設(shè)計(jì)中還要有一</p><p>　　同時(shí)這次電路設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，使得我對數(shù)字電路更感興趣，并且，在設(shè)計(jì)的過程中，積極去查

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