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><b>　　——交通燈控制器</b></p><p>　　一．紅綠燈交通信號系統(tǒng)功能概述</p><p>　　紅綠燈交通信號系統(tǒng)為模擬實(shí)際的十字路口交通信號燈。外部硬件電路包括：兩組紅黃綠燈（配合十字路口的雙向指揮控制）、倒計(jì)時(shí)顯示器（顯示允許通行或禁止通行時(shí)間）及兩片數(shù)碼管。<

2、;/p><p>　　二．紅綠燈交通信號系統(tǒng)</p><p>　　紅綠燈交通信號系統(tǒng)外觀示意圖如圖1所示。</p><p><b>　　三．任務(wù)和要求</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)一個十字路口的交通燈控制電路，要求東西方向和南北方向車到倆條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行。在十字路口倆個方向上各設(shè)一組紅、黃、綠燈，紅燈表示禁止

3、通行，綠燈表示可以通行。 </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。因?yàn)橹鞲傻儡囕v較多，所以要求主干道通車時(shí)間比支干道長，主干道方向上綠燈亮的時(shí)間是30s，支干道上綠燈亮的時(shí)間是20s。每個干道上，在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5s，以便后來的車輛有準(zhǔn)備的停車。</p><p>　　3.（附加功能） 當(dāng)任何一個方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動開關(guān)，其中一

4、個方向常通行，倒計(jì)時(shí)停止。當(dāng)特殊情況結(jié)束后，按下自動控制開關(guān)，恢復(fù)正常狀態(tài)。</p><p><b>　　四． 設(shè)計(jì)器材：</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)所提供的元件有：</p><p>　　2.工具： 鉗子一個；數(shù)字萬用表一臺。</p><p><b>　　五．總體方案：</b></

5、p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)要求中要實(shí)現(xiàn)四種狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，首先要把這四種狀態(tài)以數(shù)字的形態(tài)表示出來---循環(huán)狀態(tài)：（00—01—10—11—00）。00表示主干道綠燈、支干道紅燈；01表示主干道黃燈、支干道紅燈；10表示 主干道紅燈、支干道綠燈；11表示 主干道紅燈、支干道黃燈。 </p><p>　　利用

6、一片74LS161設(shè)計(jì)模4計(jì)數(shù)器作為主控部分電路，來實(shí)現(xiàn)四種狀態(tài)的循環(huán)。（只要用輸出的低倆位就可以表示一個模4計(jì)數(shù)器）。再用倆片161級聯(lián)，用上面第一片來控制這倆片161在模30、模5、模20、模5、再到模30的循環(huán)。 級聯(lián)后的計(jì)數(shù)器電路控制實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)顯示。模值轉(zhuǎn)換控制器實(shí)現(xiàn)紅綠燈電路。</p><p>　　摸值轉(zhuǎn)換控制器實(shí)現(xiàn)模四計(jì)數(shù)器：</p><p>　　用一片161或一片74（內(nèi)含倆

7、個D觸發(fā)器）芯片來表示四種狀態(tài)。此處用一片161來實(shí)現(xiàn)。及161的輸出端的最低倆位來表示四種狀態(tài)（倆高位輸出端不用）。</p><p>　　D C B A</p><p>　　0 0 0 0</p><p>　　0 0 0 1</p><p>　　0 0 1 0</p>

8、<p>　　0 0 1 1</p><p>　　這樣就實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器按模30---模5---模20---模5所需的四種狀態(tài)的循環(huán)。倆片161在模30、模5、模20、模5、再到模30的循環(huán)。</p><p>　　這是交通燈電路的核心電路部分（三片161芯片）。其他的功能電路（除脈沖產(chǎn)生電路外）都圍繞主控制電路及模值計(jì)數(shù)電路來實(shí)現(xiàn)自己的功能。例如，紅綠燈顯示電路是由起主

9、控制作用的161來控制，倒計(jì)時(shí)顯示電路是由模值計(jì)數(shù)電路控制的。</p><p><b>　　總體方案原理框圖：</b></p><p><b>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：</b></p><p>　　六 . 單元電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　(1) 秒脈沖信號發(fā)生器電路</p><p&g

10、t;　　本設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)生器所選用的芯片是555（定時(shí)器），在設(shè)計(jì)中555配合使用兩個電阻（150千歐和4.7千歐）和兩個電容（4.7微法和0.01微法）作為脈沖發(fā)生器，其作用是提供脈沖給計(jì)時(shí)器使其正常工作，通過對計(jì)時(shí)器的控制間接控制整個系統(tǒng)。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　?。?）計(jì)時(shí)及控制電路部分：</p><

11、;p>　　a.時(shí)鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生一個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>　　b.記

12、時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：</p><p>　　要以十進(jìn)制輸出，而又有一些狀態(tài)維持時(shí)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。</p><p>　　顯然，計(jì)數(shù)器能夠完成計(jì)時(shí)功能，我們可以用74LS161設(shè)計(jì)，并把它的cp端接秒脈沖,而且用倆片161，分別用來控制低位及高位片。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輸出的信號必須經(jīng)過非門處理后才

13、能接入數(shù)碼管的驅(qū)動74LS48，而在顯示是最好以人們習(xí)慣的數(shù)字0---9顯示計(jì)時(shí)，故在設(shè)計(jì)不同模值計(jì)數(shù)器確定有效狀態(tài)時(shí)，以0110---1111這些狀態(tài)為有效狀態(tài)。</p><p>　　c.實(shí)現(xiàn)模10的倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　首先對控制個位輸出的74LS161設(shè)計(jì)</p><p>　　按要求對系統(tǒng)的狀態(tài)不同，即紅綠燈的狀態(tài)不同，個位的進(jìn)制也就要求不同。本人利用

14、系統(tǒng)的狀態(tài)量Q1,Q2控制74LS161的置數(shù)端D0，D1，D2，D3。當(dāng)系統(tǒng)處在Gr或Rg狀態(tài)時(shí)，個位的進(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0110-0111-1000-1001-1010-1011-1100-1101-1110-1111</p><p>　　，置D3，D2，D1，D0為0110，模5時(shí)有效狀態(tài)為1011，1100，

15、1101，1110，1111，置D3，D2，D1，D0為1011。</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)端LD！。再對控制十位輸出的74LS161設(shè)計(jì)</p><p>　　同設(shè)計(jì)控制個位輸出的74LS161基本類似，用系統(tǒng)狀態(tài)量Q1,Q2控制十位74LS161的置數(shù)端D3，D2，D1，D0。當(dāng)系統(tǒng)

16、處于Gr狀態(tài)時(shí)置D3，D2，D1，D0為1101，當(dāng)系統(tǒng)處于Yr或Ry時(shí)置D3，D2，D1，D0為1111，當(dāng)系統(tǒng)處于Rg時(shí)置D3，D2，D1，D0為1110。</p><p>　　同理我們將CO2非接入置數(shù)端LD，當(dāng)計(jì)數(shù)超過10秒時(shí)，個位需向十位進(jìn)位，此時(shí)十位計(jì)數(shù)，其它時(shí)間其保持不變，通過控制十位的ENT2或ENP2端實(shí)現(xiàn)這一功能，把個位的CO1接入ENT2,ENP2接1，當(dāng)個位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為

17、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>　　161個輸入端的狀態(tài)：</p><p>　　高位片：D3=D2=1 D1=Q1+Q2=（Q1！Q2?。。?D0=Q1！+Q2=（Q1Q2?。?！</p><p>　　低位片：D3=D0=Q2 ， D2=Q2! ， D1=1 &l

18、t;/p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)把CO1,CO2的與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)一上升沿，觸發(fā)器計(jì)時(shí)，即系統(tǒng)跳到下一個狀態(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>　?。?) 倒計(jì)時(shí)顯示電路

19、</p><p>　　兩片74LS161（四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器）和八個非門共同構(gòu)成倒計(jì)時(shí)控制器，因?yàn)?4LS161是加法計(jì)數(shù)器，在對它的每一個輸出取反后，它就成為一個減法計(jì)數(shù)器，由此實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。74LS161的CP脈沖是由脈沖發(fā)生器直接提供的，輸入是由74LS74的輸出控制的，置數(shù)控制端是由自身的輸出控制的。74LS48（七段顯示譯碼器）是將74LS161的輸出進(jìn)行譯碼后輸入到數(shù)碼管顯示。</p>

20、<p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　(4) 紅綠燈顯示電路：</p><p>　　紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其必然與主控電路的狀態(tài)一一對應(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道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有，</p><p>　　我們用中規(guī)模器件來

21、實(shí)現(xiàn),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)模器件簡單.上面紅綠燈的狀態(tài)完全由Q1和Q2控制,我們可以用74LS161來實(shí)現(xiàn).</p><p>　　紅綠燈接線及主控電路接線如下:</p><p><b>　　七 .總體電路圖</b></p><p><b>　　八．關(guān)鍵電路波形圖</b></p>

22、<p>　　九、電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決方法 </p><p>　　1. 有時(shí)芯片壞了，及時(shí)發(fā)現(xiàn)換芯片。</p><p>　　2.時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路連接后不知其是否正常工作。后用一個數(shù)碼管檢測不太準(zhǔn)確，之后用示波器檢測。</p><p>　　3狀態(tài)產(chǎn)生電路工作不正常:用低位片的進(jìn)位端“RCO”接高位片的“ENT”“ENP”端，每個芯片的進(jìn)位端

23、“RCO”取反后接各自置入端“LOAD”，檢查置入的數(shù)字是否正確，最后用萬用表檢查輸出端電壓是否有明顯變化。</p><p>　　4.數(shù)碼管不能正常顯示:首先檢查譯碼芯片74LS48是否接線正常，然后檢查各針腳對應(yīng)輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管接線是否正確。</p><p><b>　　七. 心得體會</b></p><p>　　這次數(shù)字電路邏輯

24、設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)讓我感受頗多。在此過程中，我從毫無頭緒到發(fā)現(xiàn)問題，再被問題困擾，再到一步步的跌跌撞撞的解決了所有問題。這個過程當(dāng)中極大培養(yǎng)了自己的耐心也增強(qiáng)了自信心。</p><p>　　這倆周數(shù)電課程設(shè)計(jì)不僅讓我進(jìn)一步熟悉數(shù)字電路課程理論知識，而且學(xué)著將所學(xué)的知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐中。但同時(shí)也意識到理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的艱難。</p><p>　　為期兩周的實(shí)習(xí)，幾乎每個人都可以把自己的設(shè)計(jì)成功的完成，動手能

25、力強(qiáng)的人幾天就可以完成，給我印象最深刻的就是：必須要有耐心，有毅力，還要細(xì)心。做完實(shí)驗(yàn)回過頭來看，其實(shí)實(shí)驗(yàn)并沒有我們剛接觸時(shí)那么難，我們要做的就是循序漸進(jìn)，比如在搭建模塊時(shí)，不要指望一步求成，做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作是很有必要的：設(shè)計(jì)框架、畫電路圖、查電板、芯片的好壞，做完一個模塊測試一個模塊等等都是很有必要的，這樣你就會達(dá)到事半功倍的效果。</p><p>　　以便很快的解決問題，不必浪費(fèi)太多的時(shí)間。