數(shù)字電路交通燈課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制

2、十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車(chē)輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下：</p><p>　　1）主干道方向通行，支干道方向禁止通行，歷時(shí)1min。 </p><p>　　2）主干道方向禁止通行，支干道方向仍然禁止通行，歷時(shí)3s</p><p>

3、;　　3）主干道方向禁止通行，支干道方向通行，歷時(shí)30s。</p><p>　　4）主干道方向仍然禁止通行，支干道方向禁止通行，歷時(shí)3s之后又返回到第一步循環(huán)。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、交通燈設(shè)計(jì)原理……………………………………………… 3</p><p>　　二、單元電路的設(shè)計(jì)

4、……………………………………………...7</p><p>　　1、秒脈沖發(fā)生器……………………………………………..7</p><p>　　2、倒計(jì)時(shí)電路…………………………………………………8</p><p>　　3、狀態(tài)控制電路…………………………………………… .9</p><p>　　4、顯示電路…………………………………………….

5、..…10</p><p>　　5.整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局……………………………...11</p><p>　　三、仿真過(guò)程與效果分析……………………………………… …14</p><p>　　四、元器件清單……………………………………………...……17</p><p>　　五、體會(huì)總結(jié)……………………………………………...……..17

6、</p><p>　　六、參考文獻(xiàn)……………………………………………...……..19</p><p><b>　　一．交通燈設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(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，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)

7、，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)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。圖中： TL: 表示甲車(chē)道或乙車(chē)道綠燈亮的時(shí)間間隔，即車(chē)輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。      TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。      ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定

8、的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。 由它控制定時(shí)器開(kāi)始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。</p><p>　　圖1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　兩方向車(chē)道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車(chē)道的交通燈是同步的,所以不考慮)，如圖2所示</p><p>　　一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：</p><p>　　

9、（1）圖甲車(chē)道綠燈亮，乙車(chē)道紅燈亮。表示甲車(chē)道上的車(chē)輛允許通行，乙車(chē)道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （2）甲車(chē)道黃燈亮，乙車(chē)道紅燈亮。表示甲車(chē)道上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，乙車(chē)道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （3）甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道

10、黃燈亮。表示甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)道上的車(chē)輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （4）甲車(chē)道紅燈亮，乙車(chē)道綠燈亮。表示甲車(chē)道禁止通行，乙車(chē)</p><p>　　道上位過(guò)縣停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)

11、。     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、S2、S3表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示。</p><p>　　表1 控制器工作狀態(tài)及其功能 </p><p>　　控制器應(yīng)送出甲、乙車(chē)道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一

12、，并作如下規(guī)定：       AG=1：甲車(chē)道綠燈亮；      BG=1：乙車(chē)道綠燈亮；      AY=1：甲車(chē)道黃燈亮；      BY=1：乙車(chē)道黃燈亮；  &#

13、160;   AR=1：甲車(chē)道紅燈亮；    BR=1：乙車(chē)道紅燈亮</p><p><b>　　二．單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1． 時(shí)序脈沖產(chǎn)生</b></p><p>　　a)   電路原理圖</p>&l

14、t;p>　　時(shí)序脈沖產(chǎn)生電路原理圖</p><p><b>　　b)   功能說(shuō)明</b></p><p>　　時(shí)序電路是數(shù)字系統(tǒng)不可缺少的一個(gè)重要組成部分，因?yàn)閿?shù)字電路只有在時(shí)鐘電路的驅(qū)動(dòng)下才可正常工作。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，不同數(shù)字電路選擇使用不同類型的時(shí)鐘發(fā)生器。因?yàn)榻煌艨刂葡到y(tǒng)的秒信號(hào)精度不高，故選用555定時(shí)器。</p>

15、<p><b>　　c)   所需器件</b></p><p><b>　　555芯片一個(gè)</b></p><p>　　51K、39K電阻各一個(gè)</p><p>　　10UF、0.01UF電容器各一個(gè)</p><p>　　2．   &#

16、160;    倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路 </p><p><b>　　b)   功能說(shuō)明</b></p><p>　　倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)電路主要由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，它在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用是實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，在此我選用減法計(jì)數(shù)器，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)說(shuō)明計(jì)時(shí)時(shí)間可預(yù)設(shè)，所以需要可預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器，綜合以上要求，采用74LS192。</p&g

17、t;<p>　　當(dāng)交通燈控制系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，該部分電路將實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換功能。首先，將數(shù)碼管顯示一路綠燈的預(yù)值（63秒），預(yù)值：0110，0011；當(dāng)其減到3時(shí)，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生借位，此時(shí)綠燈滅。直到此綠燈再次亮?xí)r，重復(fù)上述轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)。</p><p>　　將綠燈的輸出接到芯片的LD端，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，CR端置0；CPD接1HZ的脈沖信號(hào)。Q3、Q2、Q1、Q0端分別接顯示74LS48的A

18、3、A2、A1、A0端。</p><p><b>　　c)   所需器件</b></p><p>　　74LS192 ———計(jì)數(shù)器</p><p>　　d)   芯片引腳圖</p><p>　　3．       

19、 狀態(tài)控制電路</p><p>　　a)   電路原理圖</p><p><b>　　狀態(tài)控制電路原理圖</b></p><p><b>　　b)   功能說(shuō)明</b></p><p>　　74160為同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于一片計(jì)數(shù)器不能滿足要求，故我們選擇兩

20、片74160串聯(lián)，構(gòu)成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)EP=1，ET=1，RD’=1,LD’=1,計(jì)數(shù)器隨脈沖信號(hào)從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，將輸出信號(hào)端通過(guò)一個(gè)與門(mén)相接，接到綠燈1，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到59時(shí)，送給黃燈一脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)器為62時(shí)，送給紅燈脈沖。然后，紅黃綠燈獲得脈沖信號(hào)后，倒計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，分別計(jì)時(shí)相應(yīng)的秒數(shù)。</p><p><b>　　c)   所需器件</b></p>&l

21、t;p>　　74160————同步十制計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　4．顯示電路</b></p><p>　　a)   電路原理圖</p><p><b>　　b)   功能說(shuō)明</b></p><p>　　74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯

22、碼器驅(qū)動(dòng)器。它具有集電極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)，可以直接驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。因此，我選用74LS48來(lái)實(shí)現(xiàn)此部分功能。</p><p>　　將74LS48的4個(gè)輸入端A3、A2、A1、A0分別與計(jì)數(shù)器74LS192的輸出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再將它的7個(gè)輸出端接到數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的引腳上，用來(lái)控制七段LED顯示器的7個(gè)發(fā)光段。通過(guò)各芯片的綜合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能。</p><p><b>

23、　　c)   所需器件</b></p><p>　　74LS48 ---------七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　LED數(shù)碼顯示器</b></p><p>　　d)   芯片引腳圖 </p><p>　　5. 整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局&l

24、t;/p><p>　　三． 仿真過(guò)程與效果分析</p><p><b>　　電路試調(diào)</b></p><p>　　電路連接完后，要進(jìn)行調(diào)試，以檢測(cè)是否達(dá)到要求。</p><p>　　實(shí)踐表明，一個(gè)電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝往往也難于達(dá)到預(yù)期效果。這是因?yàn)槿藗冊(cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀問(wèn)題，必須通過(guò)

25、安裝后的測(cè)試和調(diào)整，來(lái)發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的不足。然后采取措施加以改進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此調(diào)整電子電路的技能對(duì)從事電子技術(shù)及有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來(lái)說(shuō)，是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器。</p><p><b>　　調(diào)試前的檢查</b></p><p>　　電子安裝完畢，通常不宜急于通電，要形成這種習(xí)慣，先要仔細(xì)檢查。其檢查內(nèi)容包括：&

26、lt;/p><p>　?。?） 連線是否正確</p><p>　　檢查的方法通常有兩種方法：</p><p>　　a.按照電路圖檢查安裝的線路</p><p>　　這種方法的特點(diǎn)是根據(jù)電路圖連線，按一定順序安裝好的線路，這樣比較容易查出哪里有錯(cuò)誤。</p><p>　　按照實(shí)際線路來(lái)對(duì)照原理圖電路進(jìn)行查線</p>

27、;<p>　　這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個(gè)元件引腳的線一次查清，檢查每個(gè)去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯(cuò)線和少線，還容易查出多線。</p><p>　　為了防止出錯(cuò)，對(duì)于已查過(guò)的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬(wàn)用表“歐姆1”擋，或數(shù)字萬(wàn)用表“歐姆擋”的蜂鳴器來(lái)測(cè)量，可直接測(cè)量元、器件引腳，這樣可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。</p><p>

28、<b>　　元器件的安裝情況</b></p><p>　　檢查元器件引腳之間有無(wú)短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管“+”、“-”極不要接反。</p><p><b>　　調(diào)試方法與原則</b></p><p><b>　　通電觀察</b></p><p>　　把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)

29、確測(cè)量的電源接入電路。觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，包括有無(wú)元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能通電。</p><p>　　一步對(duì)電路參數(shù)提出合理的修正。</p><p><b>　　調(diào)試中注意的事項(xiàng)</b></p><p>　　為了保證效果，必須減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。為此，需注意以下幾點(diǎn)： &l

30、t;/p><p>　?。?） 正確使用測(cè)量?jī)x器的接地端</p><p>　?。?） 測(cè)量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測(cè)處的等效阻抗。因?yàn)?，若測(cè)量?jī)x器輸入阻抗小，則在測(cè)量時(shí)會(huì)引起分流給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)很大的誤差。</p><p>　　（3） 儀器的帶寬必須大于被測(cè)電路的帶寬。要正確選擇測(cè)量點(diǎn)。</p><p>　?。?） 用同一臺(tái)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量

31、進(jìn)，測(cè)量點(diǎn)不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。</p><p>　?。?） 調(diào)試過(guò)程中，不但要認(rèn)真觀察和測(cè)量，還要于記錄。記錄的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)條件，觀察的現(xiàn)象，測(cè)量的數(shù)據(jù)，波形和相位關(guān)系等。只有有了大量的可靠實(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，完善設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?。?） 調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障，要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了的問(wèn)題就拆掉線路重新安裝。因

32、為重新安裝的線路仍可能存在各種問(wèn)題。我們應(yīng)該認(rèn)真檢查.</p><p>　　調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度受測(cè)量正確與否和測(cè)量精度的影響。</p><p>　　對(duì)于本交通燈來(lái)說(shuō)，只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調(diào)試，直接進(jìn)行測(cè)量。</p><p>　　測(cè)試電路中線路是否接通</p><p>　　同上用萬(wàn)用表的歐姆檔，測(cè)試每一組的連通的線，將兩表筆

33、接到被測(cè)的一組線的起始線和末端線的兩端，看電阻是否為零，如果是零，則證明是通的；如果是無(wú)窮大，則證明中間有線是短開(kāi)的，則要一根一根的檢查該組的沒(méi)一根線，直到查出為止。</p><p><b>　　通電后的測(cè)試</b></p><p><b>　　（1）測(cè)試電源</b></p><p>　　用萬(wàn)用表的直流電壓檔，測(cè)試輸入電源

34、的電壓，看是否達(dá)到額定電壓（本產(chǎn)品為+5V），如果不是，則換電源。</p><p>　?。?）測(cè)試芯片的電源輸入端</p><p>　　同上用萬(wàn)用表的直流電壓檔，測(cè)試芯片的接地端與接電源端的點(diǎn)呀，看是否達(dá)到芯片的額定電壓（本產(chǎn)品所用的芯片都是+5V），如果不是，則檢查其線路是否接錯(cuò)。</p><p><b>　　操作說(shuō)明</b></p&g

35、t;<p>　　1、根據(jù)題目的要求，整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)需要有4個(gè)時(shí)間顯示器，6個(gè)交通信號(hào)燈。但由于芯片沒(méi)有,只有用實(shí)驗(yàn)室的示波器來(lái)看秒脈沖時(shí)間。</p><p>　　2、打開(kāi)總開(kāi)關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車(chē)時(shí)間設(shè)為60（30）秒，打開(kāi)總開(kāi)關(guān)，數(shù)碼管此時(shí)顯示60（30）秒，東西方向車(chē)道的綠燈亮；南北方向車(chē)道的紅燈亮，直到數(shù)碼管顯示時(shí)間為01秒，東西方向車(chē)道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈

36、都不變。再過(guò)3秒后，數(shù)碼管顯示01，電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30（60）秒，東西方向車(chē)道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，南北方向車(chē)道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。</p><p>　　總之，96秒為一個(gè)周期，開(kāi)始時(shí)顯示60，一路綠燈和另一路紅燈亮，直到減到01，跳為一路黃燈閃和另一路紅燈不變，直到減到1；然后置數(shù)30，一路紅燈和另一路綠燈，直到減到01，跳為一路紅燈不變和另一路黃燈閃 ，直到減到1，然后置數(shù)60，如此往復(fù)。</p>

37、<p><b>　　四．元器件清單</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)</b></p><p>　　同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160 2片</p><p>　　計(jì)數(shù)器74LS192 4片</p><p>　　74LS48 4片</p><p>　

38、　震蕩芯片555 1片</p><p>　　51K、36K、3K電阻器各一個(gè)</p><p>　　10UF、0.01UF電容器各一個(gè)</p><p><b>　　LED 4個(gè)</b></p><p><b>　　五．體會(huì)心得</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)

39、計(jì)，不僅加深了我對(duì)數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強(qiáng)了我獨(dú)立思考和合作交流及動(dòng)手能力。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)中的每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)鞏固了對(duì)理論知識(shí)的掌握，而且感覺(jué)實(shí)踐和理論并非同一回事，比如在設(shè)計(jì)555脈沖電路時(shí)，對(duì)電路的連接和電阻電容完全正確的情況下，產(chǎn)生卻非想要的1HZ的矩形波，后來(lái)查到要將電阻電容的的引腳接的盡量短才得到較為理想的脈沖，但是無(wú)論怎么接還是跟理論有一定差距的，深深的認(rèn)識(shí)的多動(dòng)手的重要性。</p><p>　　在這次

40、實(shí)踐中，加強(qiáng)了對(duì)各種元器件的認(rèn)識(shí)，比如電解電容引腳長(zhǎng)的為正極等，同時(shí)使更加熟練了焊接技術(shù)。還認(rèn)識(shí)到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以是自己設(shè)計(jì)出更好更簡(jiǎn)潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此在實(shí)踐中中的遇到的問(wèn)題，還可以使自己學(xué)到更多，對(duì)問(wèn)題理解的更加透徹。比如剛開(kāi)始時(shí)自己設(shè)計(jì)的電路用的元器件較多，看多同學(xué)的設(shè)計(jì)后，突然感覺(jué)的自己多用了兩個(gè)可以不用器件，在這次設(shè)計(jì)中自己還加深了分頻的重要性，以及，畫(huà)電路圖時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用不僅可以少連很

41、多線，關(guān)鍵是讓自己的電路的邏輯一目了然。</p><p>　　通過(guò)本次實(shí)踐，感覺(jué)自己收獲最大的就是用萬(wàn)用表耐心的檢查自己焊接不小心電路留下的錯(cuò)誤，開(kāi)始時(shí)我找錯(cuò)誤是用很笨的方法，看著實(shí)物連接對(duì)著原理圖每條每個(gè)端點(diǎn)的檢查哪里接錯(cuò)花了很長(zhǎng)時(shí)間也沒(méi)找到，后來(lái)得知可以用萬(wàn)用表直接觸接芯片各個(gè)引腳，結(jié)果很快找到了幾個(gè)錯(cuò)誤的地方，因?yàn)樽约涸谡义e(cuò)誤方面花了太多的時(shí)間，萬(wàn)用表很好用的，這一點(diǎn)讓我刻骨銘心，受益匪淺，終生難忘。雖然花

42、了很多時(shí)間，但覺(jué)得還是值得的，即使完成的慢了些，中途還有想放棄的念頭，但還是堅(jiān)持在找錯(cuò)誤，覺(jué)得耐心和遇到問(wèn)題不放棄的堅(jiān)持也很重要，如果沒(méi)有堅(jiān)持或許也就不會(huì)認(rèn)識(shí)到萬(wàn)用表的對(duì)檢查電路很有用。</p><p><b>　　六．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義》 湖南工學(xué)院</p><p>　　2.《