交通灯控制器电子线路课程设计报告

1、电子线路课程设计报告学 院 计算机与信息工程学院 姓 名 杨思阳 班 级 09级自动化2班 学 号 20094500 设计题目 交通灯控制器 指导老师 桂 玲 日期： 2011年06月20日目录一. 题目 2二. 任务 2三. 要求 2四. 设计摘要及整体方框图 2五. 单元单路设计原理及原理分析 3六. 整体电路原理图 9七. 原件表 9 八. PCB版制作 10九. 焊接与调试 10十. 体会 11一. 题目交通灯控制器二. 任务利用555定时器、74LS193、74LS48、74LS00、4042、红黄绿三色二极管以及数码管等元件设计一个交通灯控制器。三. 要求本电路设计一个交通灯控制器

2、，需要达到的目的如下：一个周期64秒，平均分配，前32秒红灯亮，后32秒绿灯亮。在红灯亮的期间的后8秒与红灯在一起的黄灯闪烁（注意：红灯同时亮）。为了显示效果明显，设计闪烁频率为2。在绿灯亮的期间的后8秒与绿灯在一起的黄灯闪烁（注意：绿灯同时亮）。为了显示效果明显，设计闪烁频率为2。在黄灯闪烁其间，数码管同时倒计时显示，再在此期间以外，数码管不亮。四. 设计摘要及整体方框图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是由二进制加法计数器的输出端状态来决定的，因此，设计一个组合逻辑电路，它的输入信号就是二进制加法计数器的输出信号，它的输出就是发光二极管

3、的控制信号，因此，需要一个组合逻辑电路，六个发光二极管（两个红色发光二极管，两个绿色发光二极管，两个黄色发光二极管）电路，一个数码管显示电路，其结构如下图所示：555脉冲振荡器4024计数器组合逻辑电路发光二极管193计数器74LS48驱动器数码管五. 单元单路设计及原理分析脉冲信号发生器由定时器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；组合逻辑电路根据输入输出的逻辑关系确定为74LS00电路芯片；驱动器选用74LS48。1.555定时器555定时器是一块常用的集成电路，电路符号如左图所示，8为电源端Vcc,1为公共端G

4、ND。所加电源电压范围4.5VVcc18V，最大输出电流达200mA。内部电路原理图如右图所示，内部有三个相同的分压电阻，每个电阻上的电压都为1/3Vcc。两个比较器C1和C2，C1的比较电压为2/3Vcc，C2的比较其电压为1/3Vcc，档比较器“+”端电压大于比较器“-”端电压时，比较器输出高电平（其状态用1表示），当比较器“+”端电压小于“-”端电压时，比较器输出低电平（其状态用0表示）。G1，G2两个与非门构成基本RS触发器，G3为输出缓冲反向器，起整形和提高负载能力的作用。T为泄放三极管，为外接电容提供充放电回路。利用555定时器设计电路时，主要是考虑如何让2和6的点位发生变化（外界

5、信号和利用电容器的充放电过程实现）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。555应用：多谐振荡器（产生连续矩形波信号），电路原理如图所示（4脚为高电平时，电路震荡，4脚为低电平时，电路不震荡）。开始时，内部泄放三级管由于其基极输入为低电平，是截止的，电源通过R2和R1对电容器C充电，2、6脚点位开始上升，当上升到2/3Vcc时，电路状态发生翻转，内部泄放三级管为高电平，饱和导通，电容器C通过R1放电，2、6脚点位开始下降，当降到到1/3Vcc时，电路状态再次发生翻转，内部泄放三极管截止，电源再次对电容器充电，周而复始输出连续矩形波信号，由3脚输出。一般取C1为103电容。

6、理论推导出，振荡器的频率由电阻R1、R2和电容C决定。f=1.43/（2R1+R2）C脉冲波的占空比由电阻R1和R2决定，结果为=（R1+R2）/（2R1+R2）可见，当R2越小时，占空比接近50%。2.七位二进制计数器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（即计数器在脉冲下降沿时刻计数）。Q1-Q7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，计数器输出端变化状态：00001.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Q

7、7-Q2，设计Q2信号频率为1，而输出应为六个表示路口交通信号灯的发光二极管的控制信号，分别用LR1，LG1，LY1和LR2，LG2，LY2表示，但注意到DR1和DG2状态相同，DG1和DR2状态相同，DY1和DY2状态相同，所以实际上只要三个输出信号即可，分别用L1，L2，L3表示。组合逻辑电路的输出信号L1，L2，L3与电路的输出信号Q2-Q7的关系与下图真值表表示：编号Q7Q6Q5Q4Q3Q2L1L2L30-1500xxxx10016-23010xxx10024-31011xxx10132-4710xxxx01048-55110xxx01056-63111xxx011从以上可知：L1=Q

8、7，需要低电平有效时，L1=Q7L2=Q7，需要低电平有效时，L2=Q7L3=Q6Q5=Q6Q5考虑到黄灯需要闪烁，可以让L3信号和Q1信号（频率为2Hz的脉冲波）加到一个二输入与非门的两个输入端，输出信号为L4，L4=L3*Q1当L3为0时，L4=1当L3为1时，L4=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。有以上讨论可知，需要两个二输入与非门，三个分门，为节约起见，三个非门中的两个非门用与非门实现，另一个非门用三极管实现，这样需要四个二输入与非门，可用芯片74LS00，一个三极管构成的非门。3.74LS0074LS00外形为DIP14，74LS00是

9、一块四-二输入数字集成芯片，内有四个完全一样的二输入与非门，14脚接Vcc（+5V），7脚接地GND。他们中的四个二输入的与非门如图所示，其中A,B为与非门的两个输入端，Y为输出端。额定拉电流为4mA，额定灌电流8mA，额定输出高电平电压3.6V。4.可预置二进制可逆计数器74LS19374LS193外形结构为DIP16，其中（8）脚接GND，（16）脚接+5V。CU加计数脉冲信号输入端。CD减计数脉冲信号输入端。注意：用其中一个输入端时，另一个输入端接高电平。Q3-Q0计数器数据输出端，Q3为最高位，Q0为最低位。P3-P0计数器预置数输入端，当计数器处于预置数状态时，通过该输入端预置数，此

10、时Q3-Q0=P3-P0。MR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Q3-Q0=0000。当MR=0时，计数器处于技术状态。PL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。TCD加计数借位信号输出端。TCD减计数借位信号输出端。根据设计要求，预置数为8，P3=1，接高电平（电源），P2=P1=P0=0，接低电平（地GND）。黄灯不亮，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，计数器需要处于计数状态，即PL=1，可见PL=L3。作为减法计数器使用，CU接高电平，CD接脉冲信号Q2。

11、因计数器处于计数状态或预置数状态，不能处于复位状态，因此让MR=0。从前面讨论可知，多谐振荡器的震荡频率为4Hz，一次确定多谐振荡器电路的电阻和电容。5.四线-七段译码器74LS4816脚接电源Vcc=5V，8脚接地GND。DCBA为8421BCD码数据输入端，D为最高位，A为最低位。abcdefg（高电平有效，输出电流小于6mA）为7个输出端，分别接气短数码管的7个输入端abcdefg，所接数码管必须是共阴数码管。LT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（或开路）时，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（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电

12、平有效），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。档次端为低电平且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。从以上结果直到，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而不显示0，这3接高电平，5接低电平，4悬空（或电源通过电阻连4）。这事实上就是消0，例于最高位的数码管就希望是这样。组成数码管的七段实际上就是七个发光二极管，当这七个发光二极管中不同的二极管亮时，就显示0-9中不同的数字。六. 整体电路原理图七. 原件表脉冲信号发生器由定时器555构成；二进制加法计数器由七位二进

13、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；组合逻辑电路根据输入输出的逻辑关系确定为74LS00电路芯片；驱动器选用74LS48。其他相关元器件：编号规格编号规格编号规格编号规格R151KR5360U1555LED绿R2150KR6360U24024LED黄R33KC1103U374LS00J1R4360C2104LED红Q9013八. PCB版制作多层PCB是有三层或三层以上导电图形和绝缘材料层压合成的印制板。 它实际上是使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后粘牢(压合)而成。它的层数通常都是偶数，并且包含最外侧的两层。从技术的角度来说可以做到近100

14、层的PCB板，但目前计算机的主机板都是48层的结构。 多层印制板一般采用环氧玻璃布覆铜箔层压板。为了提高金属化孔的可靠性，应尽量选用耐高温的、基板尺寸稳定性好的、特别是厚度方向热膨胀系数较小的，且与铜镀层热膨胀系数基本匹配的新型材料。 制作多层印制板，先用铜箔蚀刻法做出内层导线图形，然后根据设计要求，把几张内层导线图形重叠，放在专用的多层压机内，经过热压、粘合工序，就制成了具有内层导电图形的覆铜箔的层压板，以后加工工序与双面孔金属化印制板的制造工序基本相同。九. 焊接与调试认真焊接，按照印刷版上的器件编号找到相应的原件，按以下顺序焊接：电阻、IC座、瓷片电容、发光二极管、接口，焊接过程中注意以

15、下问题：各发光二极管“+”“-”极。三极管上对应的“e”“b”“c”；集成块的脚在印刷版上的对应位置；J1要与前续电路的输入输出电源接口方向相一致，因此要注意其方位，自己观察各焊点，检查有无短路现象和虚焊现象。认真测量，在观察所焊接的电路板处于正常状态后，将5V电源接入J1接口观察。实验数据统计：时间红灯黄灯绿灯时间红灯黄灯绿灯0-24亮65-89亮25-32闪亮90-97闪亮33-57亮98-122亮58-64亮闪123-130亮闪十. 体会通过此次电路时间课程设计交通灯的设计，加强了我对数电课程的理解，对应用有了一定的认识，提高了综合运用知识的能力，及解决问题的能力。此次电子课程设计，让我懂得了实践的重要性。即使课本知识掌握好，如果不会运用，也是一些无用的知识，如果能运用而实际能力很差，理论实践结合不来，学得再好也没用。这次恰好是将课本巩固与综合运用结合，再加上动手能力的三者结合。一方面，它加深与巩固了所学理论，并运用，提高了我运用知识的能力；另一方面，培养了我对专业知识的兴趣。在焊接过程中，没出现太大的问题，因为在金工实习时已经学会了焊接，