數(shù)電課程設計--交通燈控制器 (2)

1、<p><b>　　交通燈控制器</b></p><p><b>　　一 設計任務與要求</b></p><p>　　1．在十字路口的兩個方向上各設一組紅黃綠燈，顯示順序為其中一個方向是綠燈，黃燈，紅燈，另一方面是紅燈，綠燈，黃燈。</p><p>　　2．設置一組數(shù)碼管，以計時的方式顯示允許通行或禁止通行時間，

2、其中一個方向上綠燈亮的時間為20秒，另一個方向上綠燈亮的時間是30秒，黃燈亮的時間都是5秒。</p><p>　　3．當任何一個方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動開關，其中一個方向常通行，倒計時停止，當特殊情況結束后，按下自動控制開關，恢復正常狀態(tài)。</p><p>　　4．用兩組數(shù)碼管實現(xiàn)雙向到計時顯示。</p><p><b>　　二 方案設計與論證</

3、b></p><p>　　方案一 用數(shù)電電子技術來實現(xiàn)交通燈控制</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)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器和秒脈沖信號發(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準時鐘信號源，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器，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。 </p><p>　?。?）主干道黃燈亮，

5、支干道紅燈亮。表示主干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，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，支干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線

6、的車輛繼續(xù)通行。</p><p>　　交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(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)轉換表</p><p>　　方案二 用單片機技術來實現(xiàn)交通燈控制</p><p>　　用單片機

7、技術來來實現(xiàn)交通燈控制是最容易實現(xiàn)的，而且該電路可靠性也很高，但是這是要求設計者要有單片機編程的基礎上才能完成設計。</p><p>　　比較：因為單片機我們還沒學，故我們選用方案一。</p><p>　　三 單元電路設計與參數(shù)計算</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555芯片按一定的線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。課程設計需要秒脈沖，利用2個電容，2個電阻。 </p><p>　　圖2 脈沖產(chǎn)生電路</p><p><b>　　參數(shù)計算</b></p><p>　　脈沖輸出部分為555時基芯片構成的多次

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)生的時鐘脈沖為周期T=1s的方波。</p><p>　　電容C1充電時，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為</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，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為</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= 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． 計時部分電路</b></p><p>　　1. 計時器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：</p><p>　　設計要求對不同的狀態(tài)維持的時間不同，而且要以十進制倒計時顯示出來。采用兩個74LS161完成計時器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設計。</p&

13、gt;<p><b>　　設計思路：</b></p><p>　　要以十進制輸出，而又有一些狀態(tài)維持時間超過10秒，則必須用兩個74LS161分別產(chǎn)生個位和十位的數(shù)字信號。顯然，計數(shù)器能夠完成計時功能，我們可以用74LS161設計，并把它的時鐘cp接秒脈沖。74LS161計數(shù)器是采用加法計數(shù)，要想倒計時，則在74LS161輸出的信號必須經(jīng)過非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅動74LS

14、48，而在顯示是以0---9顯示計時，故在設計不同模值計數(shù)器確定有效狀態(tài)時，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>　　實現(xiàn)模5的倒計時。</b></p><p>　　1）.首先對控制個位輸出的74LS161設計</p><p>　　按要求對系統(tǒng)的狀態(tài)不同，個位的進制也就要求不同。利用系統(tǒng)的狀態(tài)量A,B控制74LS161的置數(shù)端D0D1D2D3。當系統(tǒng)處在Gr或Rg狀

16、態(tài)時，個位的進制是十（模10），即逢十進一，當系統(tǒng)處在Yr或Ry狀態(tài)時，個位的進制是五（模5），即逢五進一，模10時，有效狀態(tài)為0110，0111，1000，-----1111，置D3D2D1D0為0110，模5時有效狀態(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>　　當狀態(tài)為1111時，74LS161的狀態(tài)必須跳到進入下一個循環(huán)，此時進位輸出為1，把它的CO非接入置數(shù)端[LD]。</p><p>　　2）.再對控制十位輸出的74LS161設計</p><p>　　同設計控制個位輸出的74LS161基本類似，用系統(tǒng)狀態(tài)量A,B控制十位74

18、LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當系統(tǒng)處于Gr狀態(tài)時置D3D2D1D0為1101，當系統(tǒng)處于Yr或Ry時置D3D2D1D0為1111，當系統(tǒng)處于Rg時置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）.***對一些級聯(lián)的處理</p><p>　　當計數(shù)超過10秒時，個位需向十位進位，此時十位計數(shù)，其它時間其保持不變，通過控制十位的CLK端實現(xiàn)這一功能，個位的CO1非連接十位的CLK端，當個位需進位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則十位有脈沖,十位開始計數(shù)，其他時刻CO1=0,十位沒有脈沖，十位保持。</p><

20、p>　　設計時把CO1,CO2的與接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器的cp，當完成一次計時，個位和十位同時完成循環(huán)，此時CO1=CO2=1,（其它時刻為0）cp出現(xiàn)一上升沿，觸發(fā)器計時，即系統(tǒng)跳到下一個狀態(tài)，計時器開始下一次計時。</p><p>　　圖4 計時部分電路</p><p><b>　　主控電路</b></p><p>　　在

21、設計要求中要實現(xiàn)四種狀態(tài)的自動轉換，首先要把這四種狀態(tài)以數(shù)字的形態(tài)表示出來?？梢詢晌欢M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數(shù)器就是通過有限幾個不同狀態(tài)之間的循環(huán)實現(xiàn)不同模值計數(shù)，由此設計一模值為4的計數(shù)器，其輸出（代表不同狀態(tài)）既可以循環(huán)轉換，而且能夠控制其他部分電路。在課程設計中利

22、用74LS74（雙上升沿D觸發(fā)器）設計模4計數(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，焊接時各器件布局合理，導線之間無交叉現(xiàn)象，焊點要實，不能

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

25、和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行增計時，當增計時到20時，能輸電有效的定時時間到信號。</p><p>　　3）調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序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。</p><p>　　六． 性能測試與分析</p><p><b>

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

27、試電路至正確為止。</p><p>　　4） 將上述所連接的各分路的對應信號連接起來，模擬交通燈信號定時控制系統(tǒng)直至符合設計。</p><p><b>　　七．結論與心得</b></p><p>　　1. 結論 </p><p>　?。?）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，

28、 支干道禁止通行。 </p><p>　?。?）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(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，支干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。</p><p><b>　　2. 心得</b></p><p>　　通過這次課程設計，加強了我動手、思考和解決問題的能力.現(xiàn)在設計已經(jīng)做好了,。雖然花了很多的時間，但學到了很多東西。做

30、課程設計的時候,自己把整個書本都看了幾遍，增強了自己對知識的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了。通過這次課程設計，我覺得我們不能局限于書本，要不斷的實踐，這樣才能學有所用。</p><p>　　通過這次課程設計，我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的。只有把所學的知識與實踐相結合，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p&

31、gt;　　這次電子技術綜合訓練是我第一次設計與制作集成電路板，這是一段不同尋常的經(jīng)歷。使我從最初的只會紙上談兵，真正開始明白如何去進行實際的工程設計。而這些經(jīng)驗對我來說是最寶貴的財富，讓我在以后的學習以及工作中可以更容易地理論聯(lián)系實際，讓我體驗到我們所學知識的價值。</p><p><b>　　6、參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石，數(shù)字電子技術基礎（

32、第五版）.北京：高等教育出版社，2006.5（2010年重?。?lt;/p><p>　　[2] 彭介華，電子技術課程設計指導.北京：高等教育出版社，1997（2010年重?。?lt;/p><p>　　[3] 謝自美，電子線路設計·實驗·測試 (第二版) [M].上海:電子工業(yè)出版社,2001</p><p>　　[4] 劉浩斌，數(shù)字電路與邏輯設計（解題指