電氣與信息工程系數(shù)電課程設(shè)計(jì)--交通信號(hào)燈控制器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程名稱 數(shù)電課程設(shè)計(jì) </p><p>　　課題名稱 交通信號(hào)燈控制器 </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&

2、gt;<p>　　二、 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><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(dòng)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；順序無要求；</p><p>　　2）設(shè)置一組數(shù)碼管，以倒計(jì)時(shí)的方式顯示允許通行或禁止通行時(shí)間。紅（主：R,支：r）綠 （主：G，支：g）黃（主：Y，支：

3、y）三種顏色燈，由四種狀態(tài)自動(dòng)循環(huán)構(gòu)成（GrYrRgRy）;并要求不同狀態(tài)歷時(shí)分別為：Gr:40秒，Rg:30秒，Yr,Ry:5秒。</p><p>　　三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　方案一：芯片設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（1）芯片功能及分配</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)主要由

4、控制器、定時(shí)器、譯碼器、數(shù)碼管和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等器件組成。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。</p><p>　　1）系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器是由74LS161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74LS161級(jí)聯(lián)組成.74LS161是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，它具有同步清零，

5、同步置數(shù)的功能。</p><p>　　2）系統(tǒng)的主控制電路是由74LS74組成，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制信號(hào)燈的工作狀態(tài)。</p><p>　　出翻譯成6個(gè)信號(hào)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><b>　　（2）設(shè)計(jì)原理：</b></p><p><b>　　1)總體方案如圖：<

6、/b></p><p>　　2）各單元電路的設(shè)計(jì)：</p><p>　　1. 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器 </p><p>　　時(shí)鐘信號(hào)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(hào)，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)生秒脈沖，電路圖如下圖所示：</p><p><b>　　2.主控制電路：</b></

7、p><p>　　D1=Q1/Q2+/Q1Q2(/表示取非) D2=/Q2 CLK=CO2 CLR和PR均置1.主控制電路可產(chǎn)生00---->01---->10---->11----00控制信號(hào)。</p><p><b>　　3.紅綠燈顯示電路</b></p><p>　　紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其主控電路的狀態(tài)一

8、一對(duì)應(yīng)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。</p><p>　　表如亮用1表示，滅用0示，則有:</p><p>　　所以，R =Q1/Q2+/Q1Q2, Y=/Q1/Q2, G=Q1Q2;</p><p>　　r=/Q1/Q2+Q1Q2, g= Q1/Q2, y= /Q1Q2.<

9、/p><p><b>　　電路圖如圖：</b></p><p><b>　　4. 計(jì)時(shí)部分電路</b></p><p>　　A) 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，限于實(shí)驗(yàn)室器材只提供74LS161.因要以十進(jìn)制輸出，且有一些狀態(tài)維持時(shí)間超過10秒，則必須用兩

10、個(gè)74LS161分別產(chǎn)生個(gè)位和十位的數(shù)字信號(hào)。故計(jì)數(shù)器能夠完成計(jì)時(shí)功能。因而采用兩個(gè)74LS161級(jí)聯(lián)完成計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路：</b></p><p><b>　　(1)實(shí)現(xiàn)所需模值</b></p><p>　　將74LS161的時(shí)鐘cp接秒脈沖。74LS161計(jì)數(shù)器是采用加法計(jì)

11、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，故在設(shè)計(jì)不同模值計(jì)數(shù)器確定有效狀態(tài)時(shí)，要以0000，0001-----1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。我采用異步置數(shù)法完成不同模值轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　a)實(shí)現(xiàn)模5的倒計(jì)時(shí)</p><p>　　有效狀態(tài)1011—1100—1101—1110—1111</p>&

12、lt;p>　　取非即為 0100—0011—0010—0001—0000</p><p>　　即 4------3-------2--------1---------0</p><p>　　b)實(shí)現(xiàn)模9的倒計(jì)時(shí) </p><p>　　有效狀態(tài)0110—0111—1000—......—1111</p><p>　　取非即為

13、 1001—1000—0111—0110—......---0000</p><p>　　即 9---8---7---6---5---4---3---2---1---0</p><p>　?。?）對(duì)控制個(gè)位輸出的74LS161設(shè)計(jì)</p><p>　　本人利用系統(tǒng)的狀態(tài)量Q1,Q2控制74LS161的置數(shù)端D0D1D2D3。當(dāng)系統(tǒng)處在Gr或Rg狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)

14、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>　　所以，D0=D3=/Q2 D1=1 D2=Q2 </p><p

15、>　　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CO為1，可給CO取非然后接入置數(shù)端LD。對(duì)于使能端ETT,ETP均接1.</p><p>　?。?）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基本類似，本人用系統(tǒng)狀態(tài)量A,B控制十位74LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當(dāng)系統(tǒng)處于Gr狀態(tài)時(shí)置D3D2

16、D1D0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>　　故，D3=D2=1 D1=/Q2 D0=/Q1+/Q2</p><p>　　同理給CO2取非接入置數(shù)端LD</p><p><b>　?。?）對(duì)級(jí)聯(lián)的處理</b></p>

17、<p>　　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，控制十位的使能端ETT2,ETT2端實(shí)現(xiàn)這一功能，把個(gè)位的CO1接入ETT2（ETP2）,ETP2(ETT)接1，當(dāng)個(gè)位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則ETt2=ETp2=1,十位開始計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻CO1=0,則ETt2=0,ETp2=1，十位保持。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)CO2接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器

18、的CLK，當(dāng)完成一次計(jì)時(shí)，CO2=0（其它時(shí)刻為1）時(shí)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><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　5. 數(shù)字顯示模塊：</p><p>　　我們用數(shù)碼管將計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的信號(hào)以數(shù)字倒計(jì)形式顯示出來，故先用74LS74取非。</p&

19、gt;<p>　　其中包括接數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74LS48。為了使顯示十位數(shù)的數(shù)碼管為零時(shí)不顯示，</p><p>　　須將十位與個(gè)位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的/LT，/RBI，/(BI/RBO)接1。</p><p><b>　　記時(shí)部分電路如下：</b></p><p><b>　　（3）所用的器件：</b></p&g

20、t;<p>　　74LS161 2塊 </p><p>　　74LS04 2塊</p><p>　　74LS48 2塊 </p><p>　　74LS08

21、 1塊 </p><p>　　74LS32 1塊</p><p>　　555 1塊 </p><p>　　74LS74 1塊</p><p>　　七段顯示譯碼器 2塊</p&

22、gt;<p>　　發(fā)光二極管紅、綠、黃各兩個(gè)，電阻，電容</p><p><b>　?。?）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(jiǎn)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(cè)一個(gè)，包括芯片，</p><p>　　電

23、路板，及導(dǎo)線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測(cè)時(shí)不必要的麻煩。</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(cè)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(jiǎn)。</p><p><b>　　接線顯示如圖所示：</b></p><p>

24、　　（5）電路組裝中發(fā)生的問題及解決方案</p><p>　　剛開始用的電路板因用時(shí)間較長(zhǎng)，插上芯片后均需按住芯片才能工作。這樣造成芯片管腳接觸極為不良。以致問題很多。最終更換了一個(gè)新的面包板。出現(xiàn)以下問題：</p><p>　　1、數(shù)碼管不能正常顯示</p><p>　　數(shù)碼管顯示亂碼，我檢查了譯碼芯片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

25、檢查數(shù)碼管接線是否正確。如果數(shù)碼管中某些段一直不亮，那就檢查數(shù)碼管是否已壞，更換一個(gè)數(shù)碼管。</p><p>　　2、交通燈不顯示或不按仿真的狀態(tài)顯示：</p><p>　　檢查二極管是否能發(fā)光，確保二極管接線處良好后，檢查了接線按照狀態(tài)方程連接。經(jīng)檢查正確，故一步一步往控制電路74LS74處檢查。還正確。最終檢查了74LS161有問題，更換后電路正確。</p><p&

26、gt;　　七、所選方案的總電路圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過兩周以來的努力，我們終于完成了數(shù)電課程設(shè)計(jì)。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中我們確實(shí)也受益匪淺，這次的課設(shè)是對(duì)于我們平時(shí)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)整合，考驗(yàn)的不僅僅是理論知識(shí)，更是理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際的能力。在剛一接到任務(wù)的時(shí)候，我們?cè)詾檫@個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)該是一個(gè)比較容易的事情。但是在真正動(dòng)手去操作的時(shí)

27、候，卻發(fā)現(xiàn)有的問題卻不是那么的簡(jiǎn)單。在設(shè)計(jì)電路的階段中，我們發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)習(xí)中的許多知識(shí)漏洞，尤其是在對(duì)與某些芯片的使用過程中，我們?cè)诰W(wǎng)上和圖書館里查詢了許多的相關(guān)資料，加深了我們對(duì)于某些芯片的理解和使用。尤其在接線的過程中，實(shí)際接線的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們的想象。但是存在故障的時(shí)候，我們并沒有氣餒，而是迎難而上。我們首先是自己檢查故障，發(fā)現(xiàn)自己解決不了故障的時(shí)候，我們及時(shí)的和老師以及同學(xué)進(jìn)行了溝通，在大家的共同努力下我們最終排除了各種困難，順

28、利的完成了任務(wù)。 看著交通燈按照我們的指示在轉(zhuǎn)變，閃亮，心里有種說不出的成就感。</p><p>　　電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：________________</p><p>　　日 期：________________ </p><p>　　注：①表中標(biāo)*號(hào)項(xiàng)目是硬件制作或軟件編程類

29、課題必填內(nèi)容；</p><p>　?、诖吮硌b訂在課程設(shè)計(jì)說明書的最后一頁。課程設(shè)計(jì)說明書裝訂順序：封面、任務(wù)書、目錄、正文、評(píng)分表、附件（非16K大小的圖紙及程序清單）。 </p><p><b>　　報(bào)告書要求：</b></p><p><b>　　字體 常規(guī)小四號(hào)</b></p><p>&

30、lt;b>　　行距 1.5倍</b></p><p><b>　　字距 1磅</b></p><p>　　頁面 上、下2.54CM </p><p><b>　　左右1.9CM</b></p><p><b>　　紙張 16開</b></p&g