课程设计－交通灯控制器

1、 数字电路课程设计报告书 题目：交通灯控制系统系部名称：通信工程系学生姓名： 专业名称：通信工程班 级：通工0502时间：07年12月10日至07年 12月21日一 课程设计题目交通灯控制器二 任务和要求：本实验要求设计一个具有主次干道的交通灯控制器，每边都设置红、黄、绿三种颜色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让后来车辆准备停车。1.用模型模拟交通信号灯对交通的控制，管理；2在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一个方向是绿灯，黄灯，红灯，另一方面是红灯，绿灯，黄灯；3.由于要适应主次干道不同的车流量的需要，设计主干道的车量

2、通行时间为30秒，次干道的车量通行时间为20秒2.在红绿灯交换的前几秒种，先亮黄灯提示司机注意，然后绿灯灭，红灯亮；4.用数字正记时也可用倒计时装置，提示司机剩余时间。三 总体方案的选择：1.交通灯控制电路分为: 1 时脉产生电路: 2 状态控制电路3 倒计时电路4 交通灯信号显示电路2.主干道和支干道的红、黄、绿三种灯亮的状态表状态主干道支干道30s绿红5s黄红20s红绿5s红黄分析：此处灯的状态可以用74ls74 控制输入端的输入信号，也可以用74ls139和74ls161共同来控制。在设计时，时钟信号发生器产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时工作。两个74ls16

3、1 级连作为计数器，其输出端通过非门与74ls48 相连，在数码管上实现倒计时。由于输出端输出不变，所以用74ls74 控制输入端的输入信号，使其实现模30、模20、模5的转化。而74ls74自身也有一个循环，使74ls161的模值按所需的要求变化。而六个灯由74ls74的输出端通过74ls139直接控制。下面是系统总框图脉冲发生器高位计时器低位计时器译码器译码器控制器交通灯显示高位显示低位显示时钟信号发生器产生一个cp脉冲，计数器74161接受cp脉冲，实现同步计时。两片74161，实现计数功能，并通过非门产生倒计时。计数器的输入端用主控制器实现其模值循环。利用同步置数端，当高位输入为110

4、1、低位输入为0110时实现模30的计数器；当高位输入为1111、低位输入为1011时实现模5的计数器；当高位输入为1110、低位输入为0110时实现模20的计数器。然后主控电路，当74的输出q2、q1为00时实现模30的计数器，此时主干道的绿灯和次干道的红灯亮起来；当q2、q1为01时实现模5计数器，此时主干道的黄灯和与次干道的红灯一起亮而主干道的绿灯熄灭；当q2、q1为10时实现模20的计数器，此时主干道的红灯和次干道的绿灯亮起来；当q2、q1为11时，实现模5计数器，此时次干道的黄灯与主干道的红灯一起亮，而次干道的绿灯熄灭；然后ab在回到00状态，这样就实现了交通灯的循环且实现了主次干道

5、通车时间不同的功能。 计数器的选择：可以用两片161来实现记数功能，也可用全加器来实现倒计时显示：十位倒计时显示，将161的输出端通过非门接入48，利用它的反码输出在数码管上实现倒计时。再利用两片161的co输出来控制74的cp，从而实现红绿灯的变化。这样便实现了该电路的所有功能。此方案中状态控制电路我采用了双d触发器74芯片，使得电路的使用的芯片最少，电路也很简单，思路清晰功能易实现。四. 单元电路的设计:1. cp脉冲产生电路：用555定时器构成自激多谐振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。以下是矩形脉冲产生电路：2红绿灯显示电路： 红绿灯显示是表示电路所处状态，

6、与主控电路的状态一一对应，受到主控电路控制，即主控电路的输出（q1和q2）决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。如亮用1表示，灭用0表示，则红黄绿灯及倒计时状态图如下： q2q1主红(r)主黄(y)主绿(g)支红(r)支黄(y)支绿(g)下一状态q2q10000110001010101001010100001111110001000化简得：主干道：r=q2,y=q2！q1 ，g=q2！q1！支干道：r=q2!，y=q1q2 ， g=q1！q2d1=q1=q1！，d2=q2=q1*q2！+q2*q1！上面分析结果可以用门电路实现(如与门,与非门,非门等)但是这些电路不稳定,容易出现错误,因为中

7、规模器件不仅较小规模器件稳定,而且接线也教小规模器件简单.上面红绿灯的状态完全由q1和q2控制,我们用74ls74双上升沿d触发器来实现.红绿灯接线及主控电路接线如下: 3记时部分： 设计要求对不同的状态维持的时间不同，我采用了以十进制倒计时显示记数。要以十进制输出，有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74ls161级联分别产生个位和十位的数字信号。并把它的cp端接秒脉冲。74ls161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74ls161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74ls48（1）状态产生模块：有效状态01100111100010011010101111001101

8、11101111取 反1001100001110110010101000011001000010000数 字9876543210上表即实现了实现模10的倒计时。利用系统的状态量q1,q2控制74ls161的置数端a，b，c，d。当系统处在gr或rg状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在yr或ry状态时，个位的进制是五（模5），即逢五进一，当状态为1111时，74ls161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，我们可以把它的co非接入置数端ld。对高位的74ls161，我们用co2来控制高位的置数端ld，当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保

9、持不变。把个位的co1接入ent2,enp2接1，当个位需进位，即完成一次循环，co1为1，则ent2=enp2=1,十位开始计数，其他时刻co1=0,则ent2=0,enp2=1，十位保持。高位片低位片数码管显示q2q1d c b ad c b a高 底001 1 0 10 1 1 02 9011 1 1 11 0 1 10 4101 1 1 00 1 1 01 9111 1 1 11 0 1 10 4对上表化简得：高位片：d=c=1，b=q1+q2，a=q2！+q1=（q2*q1！）！低位片：d=a=q1，c=q1！，b=1设计时把co1,co2的与非接入主控电路的双上升沿d触发器的cp，

10、当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时rco1=rco2=0,（其它时刻为1）cp出现一下降沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，红绿灯转换，计时器开始下一次计时。（2)数字显示模块： 我们用数码管的驱动74ls48接数码管将计时器产生的信号以数字形式显示出来，计时部分电路图如下：四 总体电路图器材清单：名称数量名称数量名称数量5551片74ls741片74ls1612片74ls001片74ls042片74ls081片数码管2个万用表1个74ls482片发光管红2个发光管黄2个发光管绿2个电阻150千欧1个面包板1个电阻4.7千欧1个电容4.7微法1个电容0.01微法1个导线若干六、各单

11、元电路的输入输出波形七.电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。开始由于对555电路，即各种器件及管角的不熟悉，在电路设计及连接过程中遇到的问题很多,主要问题如下：1、时钟信号产生电路连接好后，将555定时器“3”针脚接发光二极管，再串联保护电阻后接地，如果发光二极管常亮，表明电路有问题，后用万用表检查发现芯片的好多管脚与面包板不导通，而且面包板的孔需插的很深才能导通，这会对实验有很大的影响，所以我换了一块比较新的面包板，先用万用表检查其导通性良好，把万用表打到二极管处，用探针挨个检查面包板，如果万用表发出响声说明导通。又重新插好后，这次发光二极管一亮一灭不停闪烁，则电路连接正常。此外，也

12、可把万用表调到20v电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，大概在4.7v左右和0.3v左右两个数字变化。2短路问题：经常发现正负极导通，此时用万用表测量管脚电压是否正常；如：我们接入5v电压后电路中每一元件的逻辑0应在1v以下，逻辑1应在4.5v以上。如果发现电压不合逻辑即可能出现短路问题。如果没有万用表可用发光二级 管串联加以测量。其发光为逻辑1、不发光为逻辑0。如果我们对电路和逻辑有足够的理解，我们可以通过电路反映出的现象推出短路的位置。3电路工作状态不对：灯的状态有问题时，要检查双d的输入是否正确，发光二极管是否已经损坏，以及由两片16

13、1的co经过与非门后送给是否经过了非门和送给74的cp是否正确；当数码管显示有问题时，首先检查译码芯片74ls48是否接线正常，然后检查各针脚对应输出是否正确，最后检查数码管接线是否正确。检查芯片松了也会造成上面的两种问题的，只需用一段导线将其卡住问题就解决了。至于温度、震荡也会引起交通灯的不稳定。所以在实验中应尽量保证连线的稳定。4另外常见的问题为串线问题：仔细对照连线图与实际电路，查找连线中是否有不应有的节点；在实际连线中我们经常因在线路板中插错行、列而引发串线问题。用万用表测量管脚电压是否正常；如果发现电压不合逻辑即有可能出现串线问题。5元件有时候也有问题。一般来说元件问题发生的可能比较

14、小，所以我们一般在排除以上3种问题后再考虑元件问题。用万用表测量管脚电压是否正常；如果发现电压不合逻辑即可能出现元件问题。我们也可以使用示波器来测量。6电压有时候也可能引起问题，当无法找到问题的原因时试着把电压调到不同的值试试。总之，插电路板时一定要细心和耐心，如果面包板不太好，最好把线插深点，离的近的线要小心不让它们的裸露端碰到一起；前期工作要作好，如画出功能表、真值表卡诺图的化简一定要对：此外芯片一定要插好接对。七.分析和总结 此次数字电路逻辑课程设计，我选做的课题是红绿灯交通信号系统。通过两个星期的努力并在老师和同学的帮助下，顺利完成了本次课程设计。 刚开始老师布置了题目后我一点思路也没

15、有，后来去图书馆借书，和同学共同讨论，才大概能理清思路。慢慢有了思路后，我 根据设计任务与要求列出各种状态的真值表，经过卡诺图化简的方法得出控制逻辑表达式，设计出电路图，然后在电脑上运用ewb软件进行仿真。经过反复的重新设计，在仿真成功后，就要进行实际连线。连线前应先设计好怎样布线看起来美观整洁。连线是一项需要细心和耐力的工作，稍微有一根线接错，都会前功尽弃。排错时应对每一功能一步一步地检查。克服种种困难，不断的修正改进，才能确保实验的正确性。 就是凭着仅有的一点自信开始连电路了，刚开始遇到了好多的困难和问题，光一个cp就用了一早上，当然连好后出现的问题也很多，通过同学的帮助，和自己的耐心检查

16、，终于好了，看着灯一亮一面，真的特别的自豪和高兴。也总结了很多的经验，有了这些后面的连接也就快了很多，只用了很短的时间就好了。 在芯片的总体布局上排列要按照自己的电路图的走线来布局。比如脉冲产生电路和数字显示电路相对比较独立。脉冲产生电路可布于面包板的一角，而数字显示电路尽量在面包板的上方，这样既美观又有利于对这两部分的单独检查，同时还给线路较密的主控和计时部分留下了足够的空间。芯片布局要均匀，芯片之间要留一些空间来走线，走线尽量避免搭线，这样有利于排障，并且布局也更加美观一些。我这次的时间就浪费在布局上了，先后重搭了好几次才完成。在搭电路的过程中，一定要对所使用的芯片进行检验，测试其逻辑功能

17、。对面包板的接触问题也要注意，随时检查其是否连通。在连接电路的时候，一定要边连边检查，连好一部分检查一部分，一个模块一个模块的检查。如果直接连好所有电路再检查，会给排查带来很多不必要的麻烦，而且很不容易检查出问题。 这次的课程设计我的感受颇多。首先，我进一步理解了数字电路课程的知识，并学着将所学的知识转化为实践中，理论有效的联系了实践。其次，我掌握了几种常用数字芯片的工作原理，并能熟练的使用，我觉得这对我有非常重要的意义。最重要的是我了解到一般科学实验的基本步骤，初步学会连接排查电路的基本思想和基本步骤，初步培养了科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 这次设计把理论和实践很好的结合在了一起

18、，要我们意识到理论的重要性，而只有实践了才会真正理解所学内容。同时要学会如何面对解决困难，注意调节一次次失败后的心情。在分析遇到的问题时，要从发散的、辩证的、多角度得去思考，也许会收到意想不到的结果。同时我也深深的体会到了合作的重要，出现问题时要和同学老师一起解决，只靠自己就会钻牛角尖。所以我们要在今后的学习中锻炼这种精神。 通过这次实习，使我加深了数字电路的理解，在数字电路这方面的知识我又增加了很多。特别是对元件的理解上。同时也培养了自己科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 八、参考文献数字电路实验指导书作者：张亚婷 王乐 周丽娟 郭华 出版社：西安邮电学院电子与信息工程系数字电路与逻辑设计（脉冲与数字电路 第