单片机 交通灯控制器

中南林业科技大学涉外学院实习报告 名称：交通灯控制器 姓名：李华 专业班级：2009 级电信 2 班 时间：2011/9/27 地点：林科大涉外学院 目录 一，任务和性能指标 二，设计方案 三，系统设计 四，调试及性能分析 五，相关知识概叙 六，心得体会 一，任务和性能指标 本电路的任务是设计一个交通灯控制器。而她的性能必达到如下目的； （1） 一个周期 64秒，平均分配，前 32秒红灯亮，后 32秒绿灯亮； （2） 在红灯亮的期间的后 8秒黄灯闪烁闪烁频率为 2； （3） 在绿灯亮的期间的后 8秒黄灯闪烁闪烁频率为 2； （4） 在黄灯闪烁期间，数码管同时倒计时显示，在此期间以外，数码管不亮。 二，设计方案 为了完成交通灯控制电路的设计，方案如下： 一个脉冲信号发生器，一个二进制加法计数器，一个十进制减法计数器。红 灯与绿灯以及黄灯是否亮由二进制加法计数器的输出端状态决定。因此，设计一个 组合逻辑电路，输入是二进制加法计数器的输出信号，输出是发光二极管的控制信 号。因此需要一个组合逻辑电路，六个发光二级管电路，一个数码管显示电路。其 结构如下图： 其脉冲信号发生器由 555构成，二进制加法计数器由七位二进制加法计数 器构成，十进制减法计数器由 74LS193可逆可预置十进制计数器构成，驱动器选用 74LS48。 三，系统设计 （1） ，输入电路 输入电路图如下所示。开始时，三极管由于去 基极输入为低电平，是截止的，电源通过 2个电阻队电 容充电，2,6 脚电位开始上升，当上升到 2VCC/3时，电 路状态发生翻转，内部泄放三极管由于其基极输入为高 电平，所以饱和导通，电容器通过 R1放电。2,4 脚电位 开始下降，直至降到 VCC/3，电路状态再次发生翻转， 内部泄放三极管截止，电源再次队电容器充电。这样周而复始，输出连续的矩形波 信号。 理论可以推导出振荡器的频率： f=1.43/|(2R1+R2)C R=(R1+R2)/(2R1+R2) （2） ，组合逻辑电路 本电路中的组合 逻辑电路的输入信号为二 进制计数器的输出信号 Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2，设 计 2信号的频率为 1，而输出应为 6个表示路口交通灯信号的发光二级管（一方为 R? RES2 R?RES2 C?CAP C?CAP TRIG2 Q 3R4 CVolt5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 U? NE555 VCC 红绿黄灯 DR1，DG1，DY1；另一方红绿黄灯 DR2，DG2，DY2）的控制信号，分别用 LR1，LG1，LY1 和 LR2，LG2LY2 表示，但注意到 DR1和 DG2的状态相同，DG1 和 DR2的状态相同，DY1 和 DY2DE 状态相同，所以实际上只要 3个输出信号即可，分 别用 L1，L2L3 表示。 组合逻辑电路的输出信号 L1，L2，L3 与电路的输入信号 Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2 的关系用如下真值表表示： 从以上可知： L1 = Q7，而要低电平有效，L 1=Q7 L2 = Q7， 而要低电平有效，L 2=Q7 L3 = Q6 Q5 = (Q6Q5) 考虑到黄灯需要闪烁，可以让 L3信号和 Q1信号加到一个而输入的与非门的 2个输 入端，输入信号为 L4， 编号 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 L1 L2 L3 说明 0-15 0 0 X X X X 1 0 0 红 1绿 2亮 16-23 0 1 0 X X X 1 0 0 红 1绿 2亮 24-31 0 1 1 X X X 1 0 1 红 1绿 2黄 12良 32-47 1 0 X X X X 0 1 0 红 2绿 1亮 48-55 1 1 0 X X X 0 1 0 红 2绿 1亮 56-63 1 1 1 X X X 0 1 1 红 2绿 1黄 12亮 L4 =(L3*Q1) 当 L3为 0时，L 4=1 当 L3为 1时，L 4=Q1 可见，需要 L4低电平有效，这样 L3为 0时， 黄灯不亮，L3 为 1时，黄灯闪烁。 有意思讨论可知，需要 2个为输入的与非门， 3个非门，为了节约器材，3 个非门中的非门用与非门实现，另一个用三极管实现， 这样正好可以用芯片 74LS00，一个三极管构成的非门。 （三） ，数码管显示电路 数码显示电 路如上图所示，他由 芯片 74LS193， 七 段数码器和 74LS48 组成，根据实验要求预置数为，所以 74LS193的计数器预置数输入端：P3=1，接高 电平，P0=P1=P2=0，接低电平。74LS48 的 16脚接电源+5v，8 脚接地。DCBA 为 8421BCD码管数据输入端，D 为最高位，A 为最低位。abcdefg 为 7个输出端，分别 接四线-七段译码器的 7个输入端 abcdefg，所接数码管必须是共阴极。 黄灯不亮时，即 L3=0时，计数器需要处于预置数状态，即 PL=0。黄灯亮，即 L3=1时，计数器需要处于技术状态，即 PL=1。可见，PL=L3 。 黄灯亮时，Q3，Q2，Q1，Q0 的输出由 1000,0111.0110，0100,0011,0010,0001,0000 一次变化，数码显示管数字同时由 8一次递减至 0。 四，调试及性能分析 经过观察所焊接电路板正常，将+5V 的直流电源接入 J1口。经观察红绿黄灯 的显示如下： 一个周期 64秒，前 32秒红灯亮，后 32秒绿灯亮；在红灯亮的期间的后 8秒 黄灯闪烁闪烁频率为 2；在绿灯亮的期间的后 8秒黄灯闪烁闪烁频率为 2； 黄灯闪烁期间，数码管能同时倒计时显示。 实验结果一切正常 ，实验成果。 五，相关知识概叙 （1）电阻的识别和焊接技巧： 黑（0） 棕（1）红（2）橙（3）黄（4）绿（5）蓝（6）紫（7）灰（8） 白（9） 。不同颜色对应相应数值。 先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是： 金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上 只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。 棕色环是否是误差标志的判别。 棕色环既常用做误差环，又常作为有效数字 环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中， 可以按照色环之间的间隔加以判别 焊接技巧：焊接时利用烙铁头对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成 45度角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。被焊金属未经预热，而是 直接把焊锡加在烙铁头上，这容易导致虚焊。在焊接前先将氧化的金属烙铁头刮亮 后加热上锡，在使用完后断电之前也要再次上锡防止烙铁头氧化。 （二）555 定时器： 555定时器是一块常用的集成电路，电路符 号如左图 ，8 为电源端 VCC，1 为公共端 GND。所 加电源电压范围：4.5VVCC18V，内部电路原理 图如上面右图所示，内部 有三个相同的分压电阻， 每个电阻上的电压为 1/3VCC。两个比较器 C1 和 C2，C1 的比较电压为 2/3VCC，C2 的比较电压 为 1/3VCC，当比较电压 “+”端电压大于比较器 “”端电压是，比较器 输出高电平（其状态用 1表示） ，当比较器“+”端电压低于比较器“”端=电压 是，比较器输出电平（其状态用 0表示） 。G1，G2 两个与单脉冲发生器，本电路中 的单脉冲发生器直接利用实验板上的单脉冲发生器。非门构成基本 RS触发器，G3 为输出缓冲反相器，起整形和提高带负载能力的作用。T 为泄放三极管，为外接电 容提供冲放电回路。利用 555定时器设计电路时，主要是考虑如何让 2和 6的电位 发生变化（外接信号或利用电容的充放电过程实现）而让定时器的输出状态发生变 化，而设计成各种具有不同功能的电路。实际 555器件有小圆点对应的脚为 1脚， 逆时针方向依次为 2,3,4,5,6,7,8号脚 （3）七位二进制计数器 4024： 七位二进制计数器 4024各脚功能如图所示， 14脚为电源端，所接电源电压范围：+3V- +15V,7 脚接地 GND。2 脚为复位端（清零端） ，高电平有效。 1脚为脉冲信号输入端，下降沿有效， Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七个数据输出端，Q7 为最高位，Q1 为最低位。当输入脉冲信号 后，计数器输出端的状态变化：0000000-1111111。 （4）可预置十进制减法计数器 74LS193： 74LS193外形结构为 DIP16，其中（8） 脚接 GND， （16）脚接+5V 电源。 1CU-加计数脉冲信号输入端。 2CD-减计数脉冲信号输入端。3 3Q3，Q2，Q1，Q0 计数器数据输出端。Q3 为最高位，Q0 为最低位。 4P3，P2，P1，P0-计数器预置数输入端每当计数器处于预置数状态时，通过该 输入端预置数，此时 Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0。 5MR-复位信号输入端，上升沿有效，即当 MR从 0跳到 1时，计数器复位，此时 Q3Q2Q1Q0=0000。当 MR=0时，计数器处于计数状态。 6PL-预置数功能控制端，低电平有效，当 PL=0时，计数器处于预置数状态，当 PL=1时，计数器处于计数状态。 7TCU-加计数进位信号输出端。 8TCD-减计数借位信号输出端。 (五）四线-七段译码器 74LS48： LT为灯测试输入端，低电平有效，即当此 灯为低电平且 BI/RBO为高电平输出全为高电平， 数码管内所有发光二极管全亮。BI/RBO 消隐输入 /脉冲消隐输出，只要此端为低电平，输出全为低 电平，数码管内所有发光二极管全不亮。RBI;脉 冲消隐输入端，低电平有效。当此端为低电平 ABCD也同时为低电平时，输出全为 低电平，数码管内所有发光二极管全不亮。 从以上结果知道，要让数码管正常显 示 0-9,3,4,5脚都要接高电平。要让数码管显示 1-9而不是 0，则 3接高电平， 5接低电平，4 悬空（电源通过电阻接 4） 。 六，心得体会 1，理论知识与实际操作的差异：就拿焊接来说，理论上明明已经知道应该用什么 样姿势，从哪焊接，怎么样才能避免虚焊，但实际做起来很难，焊接时犹豫不决， 导致原件温度过高；烙铁一开过快，造成虚焊. 2，了解许多以前不懂的知识，比如电阻的识别。同时意识到实践不是理论上知识 就能弥补的，他必须通过自己的实际操作，不停的自己摸索，才能逐渐上手。同时 基础的重要性得到充分体现，没有一个牢固的基础，看试简单的东西，做起来往往 存在很多漏洞。任何一个细节都值得我们反复推敲，反复实践才能得到答案。 参考文献 （1） 童诗白 华成英 模拟电子技术基础：第四章第六章，第七章.第四版. 高等教育出版社，2006 年 （2）阎石数字电子技术基础.第