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>　　題目：交通燈控制系統(tǒng)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目－交通燈控制器．</p><p><b>　　任務(wù)和要求：</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有主次干道的交通燈控制器，每邊都設(shè)置紅、黃、綠三種顏色信號(hào)燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可

2、以通行。在綠燈變紅燈時(shí)先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓后來車輛準(zhǔn)備停車。</p><p>　　1.用模型模擬交通信號(hào)燈對(duì)交通的控制，管理；</p><p>　　2．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>　　3.由于要適應(yīng)主次干道不同的車流量的需要，設(shè)計(jì)主干道的車量通行時(shí)間為30秒，次

3、干道的車量通行時(shí)間為20秒</p><p>　　2.在紅綠燈交換的前幾秒種，先亮黃燈提示司機(jī)注意，然后綠燈滅，紅燈亮；</p><p>　　4.用數(shù)字正記時(shí)也可用倒計(jì)時(shí)裝置，提示司機(jī)剩余時(shí)間。</p><p><b>　　總體方案的選擇：</b></p><p>　　1.交通燈控制電路分為: </p>&l

4、t;p><b>　　時(shí)脈產(chǎn)生電路: </b></p><p><b>　　狀態(tài)控制電路</b></p><p><b>　　倒計(jì)時(shí)電路</b></p><p><b>　　交通燈信號(hào)顯示電路</b></p><p>　　2.主干道和支干道的紅、黃、綠

5、三種燈亮的狀態(tài)表</p><p>　　分析：此處燈的狀態(tài)可以用74LS74 控制輸入端的輸入信號(hào)，也可以用74LS139和74LS161共同來控制。在設(shè)計(jì)時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號(hào)，確保整個(gè)電路裝置同步工作和實(shí)現(xiàn)定時(shí)工作。兩個(gè)74LS161 級(jí)連作為計(jì)數(shù)器，其輸出端通過非門與74LS48 相連，在數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。由于輸出端輸出不變，所以用74LS74 控制輸入端的輸入信號(hào)，使其實(shí)現(xiàn)模30、模2

6、0、模5的轉(zhuǎn)化。而74LS74自身也有一個(gè)循環(huán)，使74LS161的模值按所需的要求變化。而六個(gè)燈由74LS74的輸出端通過74LS139直接控制。</p><p><b>　　下面是系統(tǒng)總框圖</b></p><p>　　時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)CP脈沖，計(jì)數(shù)器74161接受CP脈沖，實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時(shí)。兩片74161，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，并通過非門產(chǎn)生倒計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)器的輸入端用主控

7、制器實(shí)現(xiàn)其模值循環(huán)。利用同步置數(shù)端，當(dāng)高位輸入為1101、低位輸入為0110時(shí)實(shí)現(xiàn)模30的計(jì)數(shù)器；當(dāng)高位輸入為1111、低位輸入為1011時(shí)實(shí)現(xiàn)模5的計(jì)數(shù)器；當(dāng)高位輸入為1110、低位輸入為0110時(shí)實(shí)現(xiàn)模20的計(jì)數(shù)器。</p><p>　　然后主控電路，當(dāng)74的輸出Q2、Q1為00時(shí)實(shí)現(xiàn)模30的計(jì)數(shù)器，此時(shí)主干道的綠燈和次干道的紅燈亮起來；當(dāng)Q2、Q1為01時(shí)實(shí)現(xiàn)模5計(jì)數(shù)器，此時(shí)主干道的黃燈和與次干道的紅燈一起

8、亮而主干道的綠燈熄滅；當(dāng)Q2、Q1為10時(shí)實(shí)現(xiàn)模20的計(jì)數(shù)器，此時(shí)主干道的紅燈和次干道的綠燈亮起來；當(dāng)Q2、Q1為11時(shí)，實(shí)現(xiàn)模5計(jì)數(shù)器，此時(shí)次干道的黃燈與主干道的紅燈一起亮，而次干道的綠燈熄滅；然后AB在回到00狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了交通燈的循環(huán)且實(shí)現(xiàn)了主次干道通車時(shí)間不同的功能。 </p><p>　　計(jì)數(shù)器的選擇：可以用兩片161來實(shí)現(xiàn)記數(shù)功能，也可用全加器來實(shí)現(xiàn)</p><p>　　倒

9、計(jì)時(shí)顯示：十位倒計(jì)時(shí)顯示，將161的輸出端通過非門接入48，利用它的反碼輸出在數(shù)碼管上實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。再利用兩片161的CO輸出來控制74的CP，從而實(shí)現(xiàn)紅綠燈的變化。這樣便實(shí)現(xiàn)了該電路的所有功能。</p><p>　　此方案中狀態(tài)控制電路我采用了雙D觸發(fā)器74芯片，使得電路的使用的芯片最少，電路也很簡(jiǎn)單，思路清晰功能易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　四. 單元電路的設(shè)計(jì):</p>

10、<p>　　1. cp脈沖產(chǎn)生電路：</p><p>　　用555定時(shí)器構(gòu)成自激多諧振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。以下是矩形脈沖產(chǎn)生電路：</p><p>　　2．紅綠燈顯示電路：</p><p>　　紅綠燈顯示是表示電路所處狀態(tài)，與主控電路的狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（Q1和Q2）決定了主干道和支干

11、道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則紅黃綠燈及倒計(jì)時(shí)狀態(tài)圖如下： </p><p>　　化簡(jiǎn)得：主干道：R=Q2,Y=Q2！Q1 ，G=Q2！Q1！</p><p>　　支干道：r=Q2!，y=Q1Q2 ， g=Q1！Q2</p><p>　　D1=Q1`=Q1！，D2=Q2`=Q1*Q2！+Q2*Q1！</p><p>　　

12、上面分析結(jié)果可以用門電路實(shí)現(xiàn)(如與門,與非門,非門等)但是這些電路不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)錯(cuò)誤,因?yàn)橹幸?guī)模器件不僅較小規(guī)模器件穩(wěn)定,而且接線也教小規(guī)模器件簡(jiǎn)單.上面紅綠燈的狀態(tài)完全由Q1和Q2控制,我們用74LS74雙上升沿D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn).</p><p>　　紅綠燈接線及主控電路接線如下:</p><p><b>　　3．記時(shí)部分：</b></p><p

13、>　　設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同，我采用了以十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示記數(shù)。要以十進(jìn)制輸出，有一些狀態(tài)維持時(shí)間超過10秒，則必須用兩個(gè)74LS161級(jí)聯(lián)分別產(chǎn)生個(gè)位和十位的數(shù)字信號(hào)。并把它的cp端接秒脈沖。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</p><p>　?。?）狀態(tài)產(chǎn)生模塊：</p><p&g

14、t;　　上表即實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)模10的倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　利用系統(tǒng)的狀態(tài)量Q1,Q2控制74LS161的置數(shù)端A，B，C，D。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，</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，我們可以把它的CO非接入置數(shù)

15、端[LD]。對(duì)高位的74LS161，我們用CO2來控制高位的置數(shù)端LD，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。把個(gè)位的CO1接入ENT2,ENP2接1，當(dāng)個(gè)位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則ENT2=ENP2=1,十位開始計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻CO1=0,則ENT2=0,ENP2=1，十位保持。</p><p>　　對(duì)上表化簡(jiǎn)得：高位片：D=C=1，B=Q1+Q2，A=Q2！+Q1

16、=（Q2*Q1?。?！</p><p>　　低位片：D=A=Q1，C=Q1！，B=1</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)把CO1,CO2的與非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)RCO1=RCO2=0,（其它時(shí)刻為1）cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計(jì)時(shí)，即系統(tǒng)跳到下一個(gè)狀態(tài)，紅綠燈轉(zhuǎn)換，計(jì)時(shí)器開始下一次計(jì)時(shí)。</p><p>　?。?)

17、數(shù)字顯示模塊：</p><p>　　我們用數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74LS48接數(shù)碼管將計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的信號(hào)以數(shù)字形式顯示出來，計(jì)時(shí)部分電路圖如下：</p><p><b>　　四 總體電路圖</b></p><p><b>　　器材清單：</b></p><p>　　六、各單元電路的輸入輸出波形</p>

18、;<p>　　七.電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。</p><p>　　開始由于對(duì)555電路，即各種器件及管角的不熟悉，在電路設(shè)計(jì)及連接過程中遇到的問題很多,主要問題如下：</p><p>　　1、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路連接好后，將555定時(shí)器“3”針腳接發(fā)光二極管，再串聯(lián)保護(hù)電阻后接地，如果發(fā)光二極管常亮，表明電路有問題，后用萬用表檢查發(fā)現(xiàn)芯片的好多管腳與面包板不導(dǎo)通

19、，而且面包板的孔需插的很深才能導(dǎo)通，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)有很大的影響，所以我換了一塊比較新的面包板，先用萬用表檢查其導(dǎo)通性良好，把萬用表打到二極管處，用探針挨個(gè)檢查面包板，如果萬用表發(fā)出響聲說明導(dǎo)通。又重新插好后，這次發(fā)光二極管一亮一滅不停閃爍，則電路連接正常。此外，也可把萬用表調(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，大概在4.7V左右和0.3V左右兩個(gè)數(shù)字變化。</p>

20、<p>　　2．短路問題：經(jīng)常發(fā)現(xiàn)正負(fù)極導(dǎo)通，此時(shí)用萬用表測(cè)量管腳電壓是否正常；如：我們接入5v電壓后電路中每一元件的邏輯0應(yīng)在1v以下，邏輯1應(yīng)在4.5v以上。如果發(fā)現(xiàn)電壓不合邏輯即可能出現(xiàn)短路問題。如果沒有萬用表可用發(fā)光二級(jí) 管串聯(lián)加以測(cè)量。其發(fā)光為邏輯1、不發(fā)光為邏輯0。如果我們對(duì)電路和邏輯有足夠的理解，我們可以通過電路反映出的現(xiàn)象推出短路的位置。</p><p>　　3．電路工作狀態(tài)不對(duì)：燈的狀

21、態(tài)有問題時(shí)，要檢查雙D的輸入是否正確，發(fā)光二極管是否已經(jīng)損壞，以及由兩片161的CO經(jīng)過與非門后送給是否經(jīng)過了非門和送給74的CP是否正確；當(dāng)數(shù)碼管顯示有問題時(shí)，首先檢查譯碼芯片74LS48是否接線正常，然后檢查各針腳對(duì)應(yīng)輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管接線是否正確。檢查芯片松了也會(huì)造成上面的兩種問題的，只需用一段導(dǎo)線將其卡住問題就解決了。至于溫度、震蕩也會(huì)引起交通燈的不穩(wěn)定。所以在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量保證連線的穩(wěn)定。</p><

22、;p>　　4．另外常見的問題為串線問題：仔細(xì)對(duì)照連線圖與實(shí)際電路，查找連線中是否有不應(yīng)有的節(jié)點(diǎn)；在實(shí)際連線中我們經(jīng)常因在線路板中插錯(cuò)行、列而引發(fā)串線問題。用萬用表測(cè)量管腳電壓是否正常；如果發(fā)現(xiàn)電壓不合邏輯即有可能出現(xiàn)串線問題。</p><p>　　5．元件有時(shí)候也有問題。一般來說元件問題發(fā)生的可能比較小，所以我們一般在排除以上3種問題后再考慮元件問題。用萬用表測(cè)量管腳電壓是否正常；如果發(fā)現(xiàn)電壓不合邏輯即可能

23、出現(xiàn)元件問題。我們也可以使用示波器來測(cè)量。</p><p>　　6．電壓有時(shí)候也可能引起問題，當(dāng)無法找到問題的原因時(shí)試著把電壓調(diào)到不同的值試試。</p><p>　　總之，插電路板時(shí)一定要細(xì)心和耐心，如果面包板不太好，最好把線插深點(diǎn)，離的近的線要小心不讓它們的裸露端碰到一起；前期工作要作好，如畫出功能表、真值表卡諾圖的化簡(jiǎn)一定要對(duì)：此外芯片一定要插好接對(duì)。</p><p

24、><b>　　七.分析和總結(jié)</b></p><p>　　此次數(shù)字電路邏輯課程設(shè)計(jì)，我選做的課題是紅綠燈交通信號(hào)系統(tǒng)。通過兩個(gè)星期的努力并在老師和同學(xué)的幫助下，順利完成了本次課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　剛開始老師布置了題目后我一點(diǎn)思路也沒有，后來去圖書館借書，和同學(xué)共同討論，才大概能理清思路。慢慢有了思路后，我 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求列出各種狀態(tài)的真值表，經(jīng)過卡

25、諾圖化簡(jiǎn)的方法得出控制邏輯表達(dá)式，設(shè)計(jì)出電路圖，然后在電腦上運(yùn)用EWB軟件進(jìn)行仿真。經(jīng)過反復(fù)的重新設(shè)計(jì)，在仿真成功后，就要進(jìn)行實(shí)際連線。連線前應(yīng)先設(shè)計(jì)好怎樣布線看起來美觀整潔。連線是一項(xiàng)需要細(xì)心和耐力的工作，稍微有一根線接錯(cuò)，都會(huì)前功盡棄。排錯(cuò)時(shí)應(yīng)對(duì)每一功能一步一步地檢查?？朔N種困難，不斷的修正改進(jìn)，才能確保實(shí)驗(yàn)的正確性。</p><p>　　就是憑著僅有的一點(diǎn)自信開始連電路了，剛開始遇到了好多的困難和問題，光

26、一個(gè)CP就用了一早上，當(dāng)然連好后出現(xiàn)的問題也很多，通過同學(xué)的幫助，和自己的耐心檢查，終于好了，看著燈一亮一面，真的特別的自豪和高興。也總結(jié)了很多的經(jīng)驗(yàn)，有了這些后面的連接也就快了很多，只用了很短的時(shí)間就好了。</p><p>　　在芯片的總體布局上排列要按照自己的電路圖的走線來布局。比如脈沖產(chǎn)生電路和數(shù)字顯示電路相對(duì)比較獨(dú)立。脈沖產(chǎn)生電路可布于面包板的一角，而數(shù)字顯示電路盡量在面包板的上方，這樣既美觀又有利于對(duì)這

27、兩部分的單獨(dú)檢查，同時(shí)還給線路較密的主控和計(jì)時(shí)部分留下了足夠的空間。芯片布局要均勻，芯片之間要留一些空間來走線，走線盡量避免搭線，這樣有利于排障，并且布局也更加美觀一些。我這次的時(shí)間就浪費(fèi)在布局上了，先后重搭了好幾次才完成。在搭電路的過程中，一定要對(duì)所使用的芯片進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)試其邏輯功能。對(duì)面包板的接觸問題也要注意，隨時(shí)檢查其是否連通。在連接電路的時(shí)候，一定要邊連邊檢查，連好一部分檢查一部分，一個(gè)模塊一個(gè)模塊的檢查。如果直接連好所有電路再

28、檢查，會(huì)給排查帶來很多不必要的麻煩，而且很不容易檢查出問題。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)我的感受頗多。首先，我進(jìn)一步理解了數(shù)字電路課程的知識(shí)，并學(xué)著將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐中，理論有效的聯(lián)系了實(shí)踐。其次，我掌握了幾種常用數(shù)字芯片的工作原理，并能熟練的使用，我覺得這對(duì)我有非常重要的意義。最重要的是我了解到一般科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本步驟，初步學(xué)會(huì)連接排查電路的基本思想和基本步驟，初步培養(yǎng)了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的

29、工作態(tài)度。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)把理論和實(shí)踐很好的結(jié)合在了一起，要我們意識(shí)到理論的重要性，而只有實(shí)踐了才會(huì)真正理解所學(xué)內(nèi)容。同時(shí)要學(xué)會(huì)如何面對(duì)解決困難，注意調(diào)節(jié)一次次失敗后的心情。在分析遇到的問題時(shí)，要從發(fā)散的、辯證的、多角度得去思考，也許會(huì)收到意想不到的結(jié)果。同時(shí)我也深深的體會(huì)到了合作的重要，出現(xiàn)問題時(shí)要和同學(xué)老師一起解決，只靠自己就會(huì)鉆牛角尖。所以我們要在今后的學(xué)習(xí)中鍛煉這種精神。</p>

30、<p>　　通過這次實(shí)習(xí)，使我加深了數(shù)字電路的理解，在數(shù)字電路這方面的知識(shí)我又增加了很多。特別是對(duì)元件的理解上。同時(shí)也培養(yǎng)了自己科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。 </p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》作者：張亞婷 王樂 周麗娟 郭華 出版社：西安郵電學(xué)院電