課程設(shè)計(jì)--交通燈控制器

1、<p><b>　　西安郵電學(xué)院</b></p><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>　　交通燈控制器</b></p><p><b>　　一、任務(wù)要求：</b>&l

2、t;/p><p>　　為了確保十字路口的車輛順利暢通地行駛，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。 </p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈控制器，其要求如下：</p><p>　　1.設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為r，y，g；東西方向的紅、黃、綠燈分別為R，Y，G，滿足

3、圖1 的工作流程并且可以并行工作：g（R）→r（G），黃燈用于閃爍提示綠燈變?yōu)榧t燈。</p><p><b>　　圖1：時(shí)序工作流程</b></p><p>　　2.滿足兩個(gè)方向的工作時(shí)序：東西方向紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于南北方向黃、綠燈亮的時(shí)間之和；南北方向紅燈亮的時(shí)間應(yīng)等于東西方向黃、綠燈亮的時(shí)間之和。其中東西方向?yàn)橹鞲傻?，綠燈亮30秒，紅燈亮20秒，黃燈5秒；南北方向

4、為支干道，綠燈20秒，紅燈30秒，黃燈5秒。</p><p>　　3.十字路口要有數(shù)字顯示裝置，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體要求為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置計(jì)數(shù)器為某一個(gè)數(shù)值，然后以每秒減1的計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進(jìn)入另一個(gè)方向的工作循環(huán)。</p><p>　　例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí)，置南北方向數(shù)字顯示為19，并使

5、數(shù)顯計(jì)數(shù)器開始減“1”計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時(shí)，數(shù)碼管顯示的數(shù)值應(yīng)為4，當(dāng)減法計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時(shí)，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)碼管的顯示為29。</p><p><b>　　二、總體方案：</b></p><p>　　1．分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)

6、的原理框圖如圖2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)，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: 表示主干道或支干道綠燈亮的時(shí)間間隔，即車輛正常通行的時(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)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0

7、。ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(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)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。</p><p>　　圖2 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 </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>　　（1）主干道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行，支干道禁止通行。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)

8、ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。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）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車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)。

9、   （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)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(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)。     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

10、工作狀態(tài)及功能如表1所示，控制器應(yīng)送出主、支干道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。如下：</p><p>　　表1 控制器工作狀態(tài)及功能</p><p><b>　　三、單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、脈沖產(chǎn)生電路：</b></p><p>　　用555產(chǎn)生，電阻，電容 如圖3：&

11、lt;/p><p><b>　　圖3：脈沖產(chǎn)生電路</b></p><p><b>　　2、狀態(tài)控制電路：</b></p><p>　　用74LS161實(shí)現(xiàn)，由于74LS161的輸出端按00—01—10—11一直循環(huán)下去，所以可以利用QB、QA作為狀態(tài)輸出端。如圖4：</p><p><b>

12、　　圖4：狀態(tài)控制電路</b></p><p><b>　　3、倒計(jì)時(shí)電路：</b></p><p>　　用 74LS161，74LS48 ， 7404，數(shù)碼管，電阻。如圖5：</p><p>　　當(dāng)每一狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，置入的數(shù)據(jù)將跟著變。數(shù)碼管顯示秒數(shù)：</p><p>　　主干道

13、 支干道</p><p>　　S0：綠燈 29~0 紅燈（30秒）</p><p>　　S1：黃燈 04~0 紅燈（5秒）</p><p>　　S2：紅燈 19~0 綠燈（20秒）</p><p>　　S3：紅燈 04~0 黃燈

14、（5秒）</p><p><b>　　圖5：倒計(jì)時(shí)電路</b></p><p><b>　　4、信號(hào)燈電路：</b></p><p>　　用74LS74，74LS08，發(fā)光二極管。如圖6：</p><p><b>　　圖6：信號(hào)燈電路</b></p><p&

15、gt;<b>　　四、總體電路圖：</b></p><p>　　圖7：交通燈總體電路圖</p><p>　　五、各單元電路波形圖：</p><p>　　六、調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題：</p><p>　　1、第一次畫好電路圖連接電路時(shí)，沒(méi)注意到面包板的線路是否連通，結(jié)果接完一個(gè)分支電路卻實(shí)現(xiàn)不了功能，后來(lái)先查發(fā)現(xiàn)面包板有一處不連

16、通，問(wèn)題解決。而后面我也每完成一個(gè)分支電路都要用萬(wàn)用表測(cè)試一下該單元電路的連通性和正確性，以避免同樣的錯(cuò)誤再次發(fā)生。</p><p>　　2、第一次接好電路由于沒(méi)能結(jié)合面包板的連通性，致使最終所的的電路模型相當(dāng)?shù)碾s亂，而且出現(xiàn)了幾處錯(cuò)誤都不好檢查。后來(lái)我拆了重連，這次由于有了上次的經(jīng)驗(yàn)，使得電路的布局大大簡(jiǎn)化，而且還精簡(jiǎn)了原電路圖，使用的芯片更少，功能更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了，檢查電路也方便的多了。</p>

17、<p>　　3、調(diào)試電路前，首先要檢查一下各個(gè)芯片是否完好，我就為了一個(gè)壞掉的7474而浪費(fèi)了2個(gè)小時(shí)的時(shí)間。在調(diào)試的時(shí)候，我的電路總是在記數(shù)的時(shí)候發(fā)生錯(cuò)誤，經(jīng)檢查新片和電路均未有錯(cuò)誤，我試著換了一個(gè)電源，一切正常，所以電源的穩(wěn)定很重要，要注意檢查。</p><p>　　4、由于是在一小塊面包板上完成一個(gè)集成電路，所以電路的連線比較繁瑣，接線的時(shí)候要特別注意芯片的管腳，同時(shí)注意一下芯片是否插緊，導(dǎo)線是

18、否松弛等等。</p><p>　　5、實(shí)驗(yàn)中還遇到了其他的一些問(wèn)題，但最后都在老師或同學(xué)的幫助下得到了完美的解決。</p><p><b>　　七、設(shè)計(jì)分析總結(jié)：</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這兩周的實(shí)習(xí)，我收獲最大的就是很好的復(fù)習(xí)了一下數(shù)電所學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)也提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力，在實(shí)踐中去檢驗(yàn)自己的知識(shí)，要比只看書本記得更牢，理解的更

19、深。</p><p>　　在連接電路上，我前前后后一共花了一周的時(shí)間，中間又拆了重連，雖說(shuō)電路不復(fù)雜，但要把那么多細(xì)小的導(dǎo)線一根根按順序連起來(lái)也并非一時(shí)半會(huì)兒能弄好的，導(dǎo)線要橫平豎直，盡量不要交叉，不能從芯片上走線等等，這又給了我一次布線的機(jī)會(huì)(^-^)。</p><p>　　一個(gè)作品完成了，作品的好壞要從作品的質(zhì)量上看，而質(zhì)量就從作品（交通燈）的功能性和穩(wěn)定性來(lái)考慮，看它是否達(dá)到了設(shè)計(jì)所

20、要求的目標(biāo)。</p><p>　　這次實(shí)習(xí)不僅僅是一次動(dòng)手能力的實(shí)踐，也是鍛煉我們思維能力和意志力的實(shí)踐，我們從書上學(xué)到的是死知識(shí)，但通過(guò)實(shí)習(xí)，活躍了我們的思維，也給了我們一個(gè)發(fā)揮自己創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)，書本和實(shí)踐相結(jié)合，就是最終的作品。</p><p>　　既是動(dòng)手實(shí)踐就會(huì)遇到各種問(wèn)題，也會(huì)面對(duì)重重困難，不畏艱難，知難而進(jìn)就是我們解決問(wèn)題的方法。感謝這次實(shí)踐，感謝給我們安排這次實(shí)踐的老師，感

21、謝在實(shí)習(xí)中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1、《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》（脈沖與數(shù)字電路 第三版）</p><p>　　王疏銀 主編 高等教育出版社</p><p>　　2、《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》</p><p>　?。ㄎ靼侧]電學(xué)院電

22、子與信息工程系）</p><p>　　張亞婷 王利 楊樂(lè) 周麗娟 郭華編</p><p>　　3、《高級(jí)邏輯器件與設(shè)計(jì)》.第一版.</p><p><b>　　齊懷印、盧錦編著.</b></p><p>　　北京：電子工業(yè)出版社，1996年</p><p>　　附表：實(shí)驗(yàn)所需器材：</p&g