數(shù)字電路交通燈課程設(shè)計

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計報告書</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</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停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(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，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。</p><p>　　設(shè)計一個十字路口的交通燈定時控制系統(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3s</p><p>

3、;　　3）主干道方向禁止通行，支干道方向通行，歷時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)計原理……………………………………………… 3</p><p>　　二、單元電路的設(shè)計

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

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

6、</p><p>　　六、參考文獻(xiàn)……………………………………………...……..19</p><p><b>　　一．交通燈設(shè)計原理</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、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該 系統(tǒng)中定時器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號

7、，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。      TY：表示黃燈亮的時間間隔。定時時間到，TY=1，否則，TY=0。      ST：表示定時器到了規(guī)定

8、的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。 由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。</p><p>　　圖1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　兩方向車道的交通燈的運(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)的工作過程如下：</p><p>　　

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

10、黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （4）甲車道紅燈亮，乙車道綠燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車</p><p>　　道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號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、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅(qū)動信號合二為一

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

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

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

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

16、160;    倒計時計數(shù)電路 </p><p><b>　　b)   功能說明</b></p><p>　　倒計時計數(shù)電路主要由計數(shù)器構(gòu)成，它在整個系統(tǒng)設(shè)計中的作用是實(shí)現(xiàn)計時計數(shù)，在此我選用減法計數(shù)器，因?yàn)楸驹O(shè)計說明計時時間可預(yù)設(shè)，所以需要可預(yù)置數(shù)的計數(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)開始工作時，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，計數(shù)器產(chǎn)生借位，此時綠燈滅。直到此綠燈再次亮?xí)r，重復(fù)上述轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)倒計時計數(shù)。</p><p>　　將綠燈的輸出接到芯片的LD端，實(shí)現(xiàn)倒計時計數(shù)，CR端置0；CPD接1HZ的脈沖信號。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)   功能說明</b></p><p>　　74160為同步十進(jìn)制計數(shù)器，由于一片計數(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)制計數(shù)器。當(dāng)EP=1，ET=1，RD’=1,LD’=1,計數(shù)器隨脈沖信號從0開始計數(shù)，將輸出信號端通過一個與門相接，接到綠燈1，當(dāng)計數(shù)器計到59時，送給黃燈一脈沖；當(dāng)計數(shù)器為62時，送給紅燈脈沖。然后，紅黃綠燈獲得脈沖信號后，倒計時器開始工作，分別計時相應(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)動器。它具有集電極開路輸出結(jié)構(gòu)，可以直接驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。因此，我選用74LS48來實(shí)現(xiàn)此部分功能。</p><p>　　將74LS48的4個輸入端A3、A2、A1、A0分別與計數(shù)器74LS192的輸出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再將它的7個輸出端接到數(shù)碼管對應(yīng)的引腳上，用來控制七段LED顯示器的7個發(fā)光段。通過各芯片的綜合使用，來實(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. 整個交通燈控制系統(tǒng)的布局&l

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

25、安裝后的測試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不足。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從事電子技術(shù)及有關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說，是不應(yīng)缺少的。調(diào)試的常用儀器有：萬用表、示波器、信號發(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誤。</p><p>　　按照實(shí)際線路來對照原理圖電路進(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。把每個元件引腳的線一次查清，檢查每個去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯線和少線，還容易查出多線。</p><p>　　為了防止出錯，對于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“歐姆1”擋，或數(shù)字萬用表“歐姆擋”的蜂鳴器來測量，可直接測量元、器件引腳，這樣可以同時發(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)過準(zhǔn)

29、確測量的電源接入電路。觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無元件發(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，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點(diǎn)： &l

30、t;/p><p>　?。?） 正確使用測量儀器的接地端</p><p>　?。?） 測量電壓所用儀器的輸入端阻抗必須遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗。因?yàn)?，若測量儀器輸入阻抗小，則在測量時會引起分流給測量結(jié)果帶來很大的誤差。</p><p>　?。?） 儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬。要正確選擇測量點(diǎn)。</p><p>　?。?） 用同一臺測量儀進(jìn)行測量

31、進(jìn)，測量點(diǎn)不同，儀器內(nèi)阻引起的誤差大小將不同。</p><p>　?。?） 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，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)計上的問題，完善設(shè)計方案。</p><p>　?。?） 調(diào)試時出現(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，很大程度受測量正確與否和測量精度的影響。</p><p>　　對于本交通燈來說，只要不出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般不需要調(diào)試，直接進(jìn)行測量。</p><p>　　測試電路中線路是否接通</p><p>　　同上用萬用表的歐姆檔，測試每一組的連通的線，將兩表筆

33、接到被測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；如果是無窮大，則證明中間有線是短開的，則要一根一根的檢查該組的沒一根線，直到查出為止。</p><p><b>　　通電后的測試</b></p><p><b>　?。?）測試電源</b></p><p>　　用萬用表的直流電壓檔，測試輸入電源

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>　?。?）測試芯片的電源輸入端</p><p>　　同上用萬用表的直流電壓檔，測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。</p><p><b>　　操作說明</b></p&g

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

36、都不變。再過3秒后，數(shù)碼管顯示01，電路又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30（60）秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，南北方向車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。</p><p>　　總之，96秒為一個周期，開始時顯示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</b></p><p>　　同步十進(jìn)制計數(shù)器74160 2片</p><p>　　計數(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</p><p>　　10UF、0.01UF電容器各一個</p><p><b>　　LED 4個</b></p><p><b>　　五．體會心得</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)

39、計，不僅加深了我對數(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手能力。通過對設(shè)計中的每個模塊的設(shè)計鞏固了對理論知識的掌握，而且感覺實(shí)踐和理論并非同一回事，比如在設(shè)計555脈沖電路時，對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，但是無論怎么接還是跟理論有一定差距的，深深的認(rèn)識的多動手的重要性。</p><p>　　在這次

40、實(shí)踐中，加強(qiáng)了對各種元器件的認(rèn)識，比如電解電容引腳長的為正極等，同時使更加熟練了焊接技術(shù)。還認(rèn)識到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以是自己設(shè)計出更好更簡潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此在實(shí)踐中中的遇到的問題，還可以使自己學(xué)到更多，對問題理解的更加透徹。比如剛開始時自己設(shè)計的電路用的元器件較多，看多同學(xué)的設(shè)計后，突然感覺的自己多用了兩個可以不用器件，在這次設(shè)計中自己還加深了分頻的重要性，以及，畫電路圖時網(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>　　通過本次實(shí)踐，感覺自己收獲最大的就是用萬用表耐心的檢查自己焊接不小心電路留下的錯誤，開始時我找錯誤是用很笨的方法，看著實(shí)物連接對著原理圖每條每個端點(diǎn)的檢查哪里接錯花了很長時間也沒找到，后來得知可以用萬用表直接觸接芯片各個引腳，結(jié)果很快找到了幾個錯誤的地方，因?yàn)樽约涸谡义e誤方面花了太多的時間，萬用表很好用的，這一點(diǎn)讓我刻骨銘心，受益匪淺，終生難忘。雖然花

42、了很多時間，但覺得還是值得的，即使完成的慢了些，中途還有想放棄的念頭，但還是堅持在找錯誤，覺得耐心和遇到問題不放棄的堅持也很重要，如果沒有堅持或許也就不會認(rèn)識到萬用表的對檢查電路很有用。</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.《