數(shù)電課程設(shè)計(jì)--交通燈控制器 (2)

1、<p><b>　　交通燈控制器</b></p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</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。</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，

2、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(kāi)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(kāi)關(guān)，恢復(fù)正常狀態(tài)。</p><p>　　4．用兩組數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)雙向到計(jì)時(shí)顯示。</p><p><b>　　二 方案設(shè)計(jì)與論證</

3、b></p><p>　　方案一 用數(shù)電電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈控制</p><p>　　1．分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫(huà)出其框圖 </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。

4、</p><p>　　圖1 方案一原理圖</p><p>　　2．分析系統(tǒng)的狀態(tài)變化，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</p><p>　?。?）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車(chē)輛允許通行， 支干道禁止通行。 </p><p>　?。?）主干道黃燈亮，

5、支干道紅燈亮。表示主干道上未過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)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(chē)輛允許通行。 </p><p>　?。?）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(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)

6、的車(chē)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>　　表1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表</p><p>　　方案二 用單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈控制</p><p>　　用單片機(jī)

7、技術(shù)來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈控制是最容易實(shí)現(xiàn)的，而且該電路可靠性也很高，但是這是要求設(shè)計(jì)者要有單片機(jī)編程的基礎(chǔ)上才能完成設(shè)計(jì)。</p><p>　　比較：因?yàn)閱纹瑱C(jī)我們還沒(méi)學(xué)，故我們選用方案一。</p><p>　　三 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1． 秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p><b>　　1） 電路原理圖<

8、/b></p><p>　　通過(guò)555芯片按一定的線(xiàn)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)需要秒脈沖，利用2個(gè)電容，2個(gè)電阻。 </p><p>　　圖2 脈沖產(chǎn)生電路</p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　脈沖輸出部分為555時(shí)基芯片構(gòu)成的多次

9、諧波震蕩器，電路原理如圖3-1：其中器件參數(shù)分別為R1=4.7kΩ，R2=150kΩ，C1=4.7μF，C2=0.01μF。產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖為周期T=1s的方波。</p><p>　　電容C1充電時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為</p><p>　　tw1=0.7(R1+R2)C=0.7×(150k+4.7k) ×4.7μ≈0.5s</p><p>　　電容C

10、1放電時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為</p><p>　　tw2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s</p><p>　　因此，電路輸出矩形脈沖的周期為T(mén)= tw1＋tw2≈1s 輸出占空比為q= tw1/T≈50%</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

11、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>　　如燈亮用1表示，燈滅用0表示，則有，如下表</p><p>　　表2 紅綠燈狀態(tài)顯示表</p><p>　　所以，R=A Y=~AB G=~A~B</p><p>　　r=~A y=A~B

12、 g=AB</p><p>　　圖3 紅綠燈顯示電路</p><p><b>　　3． 計(jì)時(shí)部分電路</b></p><p>　　1. 計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)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(lái)。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&

13、gt;<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(guò)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)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(guò)非門(mén)處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74LS

14、48，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—1111</p><p>　　取非 0100—0011—0010—0001—0000</p><p>　　即 4-

15、-----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)</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

16、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1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D為1011，由此有，</p><p>　　表3 74LS161真值表（1）</p><p>　　D

17、0=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)</p><p>　　同設(shè)計(jì)控制個(gè)位輸出的74LS161基本類(lèi)似，用系統(tǒng)狀態(tài)量A,B控制十位74

18、LS161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>　　表4 74LS161真值表（2）</p><p>　　D3=D2=1 D1=A+B=~G D0=~A+~B=~g</p><p>　　同理

19、我們將CO2非接入置數(shù)端[LD]</p><p>　　3）.***對(duì)一些級(jí)聯(lián)的處理</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)超過(guò)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(guò)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(kāi)始計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻CO1=0,十位沒(méi)有脈沖，十位保持。</p><

20、p>　　設(shè)計(jì)時(shí)把CO1,CO2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(kāi)始下一次計(jì)時(shí)。</p><p>　　圖4 計(jì)時(shí)部分電路</p><p><b>　　主控電路</b></p><p>　　在

21、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(lái)?？梢?xún)晌欢M(jìn)制數(shù)表示所需狀態(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(guò)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

22、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><p>　　圖5 主控電路</p><p>　　四 總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1. 元件清單</b></p><p><b>　　表5 元器件清單</b></p><p

23、><b>　　總原理圖</b></p><p>　　圖6 紅路燈控制器總電路圖</p><p><b>　　五． 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　1. 交通燈控制電路的安裝</p><p>　　1）按照原理圖正確焊接電路，焊接時(shí)各器件布局合理，導(dǎo)線(xiàn)之間無(wú)交叉現(xiàn)象，焊點(diǎn)要實(shí)，不能

24、虛焊，否則電路處于開(kāi)路狀態(tài)。</p><p>　　2） 集成塊各管腳不能接錯(cuò)。</p><p>　　3） 每個(gè)集成塊都要接+12V的電壓和地。其他不要接線(xiàn)的腳均要焊上而不能懸空。</p><p>　　2. 交通燈控制電路的調(diào)試</p><p>　　1）組裝調(diào)試秒脈沖電路。</p><p>　　2）進(jìn)行定時(shí)電路的組裝

25、和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行增計(jì)時(shí)，當(dāng)增計(jì)時(shí)到20時(shí)，能輸電有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào)。</p><p>　　3）調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。 </p><p>　　4）判斷各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　六． 性能測(cè)試與分析</p><p><b>

26、;　　1. 測(cè)試</b></p><p>　　1） 連接好秒信號(hào)產(chǎn)生電路，適當(dāng)改善電路，使輸出脈沖信號(hào)為1Hz。</p><p>　　2） 用74LS04和74LS48及七段共陰極數(shù)碼管連接好定時(shí)譯碼顯示系統(tǒng)，調(diào)試正確為止。</p><p>　　3） 用74LS74、74LS04和74LS08連接好，并介入發(fā)光二極管，形成交通燈信號(hào)狀態(tài)控制器，調(diào)

27、試電路至正確為止。</p><p>　　4） 將上述所連接的各分路的對(duì)應(yīng)信號(hào)連接起來(lái)，模擬交通燈信號(hào)定時(shí)控制系統(tǒng)直至符合設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　七．結(jié)論與心得</b></p><p>　　1. 結(jié)論 </p><p>　?。?）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車(chē)輛允許通行，

28、 支干道禁止通行。 </p><p>　?。?）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)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(chē)輛允許通行。

29、 </p><p>　　（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(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛繼續(xù)通行。</p><p><b>　　2. 心得</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力.現(xiàn)在設(shè)計(jì)已經(jīng)做好了,。雖然花了很多的時(shí)間，但學(xué)到了很多東西。做

30、課程設(shè)計(jì)的時(shí)候,自己把整個(gè)書(shū)本都看了幾遍，增強(qiáng)了自己對(duì)知識(shí)的理解，很多以前不是很懂的問(wèn)題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我覺(jué)得我們不能局限于書(shū)本，要不斷的實(shí)踐，這樣才能學(xué)有所用。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。只有把所學(xué)的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p><p&

31、gt;　　這次電子技術(shù)綜合訓(xùn)練是我第一次設(shè)計(jì)與制作集成電路板，這是一段不同尋常的經(jīng)歷。使我從最初的只會(huì)紙上談兵，真正開(kāi)始明白如何去進(jìn)行實(shí)際的工程設(shè)計(jì)。而這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)我來(lái)說(shuō)是最寶貴的財(cái)富，讓我在以后的學(xué)習(xí)以及工作中可以更容易地理論聯(lián)系實(shí)際，讓我體驗(yàn)到我們所學(xué)知識(shí)的價(jià)值。</p><p><b>　　6、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（

32、第五版）.北京：高等教育出版社，2006.5（2010年重印）</p><p>　　[2] 彭介華，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：高等教育出版社，1997（2010年重?。?lt;/p><p>　　[3] 謝自美，電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試 (第二版) [M].上海:電子工業(yè)出版社,2001</p><p>　　[4] 劉浩斌，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)（解題指