交通信号灯控制器课程设计

1、湖南工程学院课 程 设 计课程名称： 数字电子技术 课题名称： 交通信号灯控制器 专 业： 电气工程及其自动化班 级： 电气1192 学 号： 姓 名： 指导老师： 周京广 2013年 3月5日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称： 数字电子技术 题 目： 交通信号灯控制器 专业班级： 电气1192学生姓名： 学 号： 指导老师： 周京广审 批： 任务书下达日期：2013年2月26号设计完成的日期：2013年3月5号 设计内容与设计要求一 设计内容：1 设计并制作交通灯控制电路；2 电路功能为：采用两位数码显示器显示南北方向时间；采用两位数码显示器显示东西方向时间；1） 交通灯控制器工作流

2、程如下： 3 功能扩展1）可以手动调整和自动控制，夜间黄灯闪耀；2）自选。二 设计要求：1 设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2 单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3 安装 、调试电路；4 写出设计报告。主要设计条件1. 提供直流稳压电源、示波器； 2. 提供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（总电路图）；7、 安装、调试步骤；8、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单）

3、；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。进 度 安 排第一周 星期一 安排任务、讲课；星期二 查资料、设计；星期三 分电路设计与仿真；星期四 总电路仿真，修改方案，电路调试；星期五 确定设计方案，安装电路；第二周 星期一至星期二 安装、调试电路或验收电路；星期三至星期四 写课程设计报告；星期五 答辩。地 点：实验楼四楼 电子综合实验室参 考 文 献电子技术课程设计历雅萍、易映萍编电子技术课程设计指导 彭介华、主编 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美主编华中理工出版社。 目 录一. 总体思路2二. 程序控制流程三. 电路所用元件简介(一) 74ls192 十进制逆时计数器（二

4、）74ls02 或非门（三）74ls04六非门（四）74ls32四2输入或门 （五）74ls00四2输入与非门四. 各模块功能介绍（一）倒计时电路（二）步骤控制电路（三）交通灯控制电路五. 总电路设计六. 电路安装与调试(一) 电路安装 （二）电路调试七. 故障分析与电路改进(一) 常见的故障现象(二) 产生故障的原因(三) 检查故障的一般方法八. 总结与设计调试体会九. 附录（一）电子元件明细表（二）总电路图（三）参考文献（四）课程设计评分一、总体思路一般情况下十字路口东西方向和南北方向的车流量不同，所以为各方向分配的时间也不同。显然，分三步控制不能达到让各方向时间不同的目的，所以我们选择分

5、四个步骤：(1)南北方向绿灯亮60秒，东西方向红灯亮60秒；(2)南北方向黄灯亮4秒，东西方向继续亮红4秒；(3)南北方向红灯亮30秒，东西方向绿灯亮30秒；(4)南北方向继续红灯，东西方向黄灯亮4秒。流程如下图所示：）4s（红灯 ）60s（红灯东西 ）30s（ 黄灯（4s） ）60s绿灯（南北 红灯红灯（4s） 绿灯（30s）黄灯（4s） 我们可以用两个十进制减法计数器做一个100进制以内的倒计时器，当计数到零时，发出一个借位信号给一个四进制步骤控制器，步骤控制器控制逻辑电路输出下一个时间给倒计时器的置数端，如此循环下去。同时，步骤控制器也控制交通灯的明暗。二、程序控制流程时间显示器秒脉冲减

6、法计数器逻辑电路步骤控制器交通灯控制电路三、电路所用元件简介（一） 74ls192 十进制逆时计数器1、 74ls192的引脚图： 2、74ls192的功能表：它的主要功能为： CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。（二） 74ls02 或非门1、74ls02的引脚图：2、74ls02的功能表74ls02引脚功能：实现2输入四或非门功能，常用于各种数字电路中（三） 74ls04六非门1、74ls04的引脚图 ：2、74

7、ls04的功能：74ls04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms,反相器的作用就是反相把1变成0。（四） 74ls32四2输入或门1、74ls32的引脚图 ：2、74ls32的功能：74ls32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。 表达式为：Y=A B 引脚排列图管脚功能：左下1-1A，2-1B， 3-1Y；4-2A，5-2B，6-2Y；7-GND； 右起：右上8-3Y，9-3A，10-3B；11-4Y，12-4A， 13-4B；14-VCC 其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极（五） 74ls00四2输入与非门1、74ls

8、00的注脚： 2、74ls00的真值表： 3、74ls00的功能：74LS00（二输入与非）、74LS02（二输入或非）、74LS04（非）、74LS08（二输入与）、74LS32（二输入或）在此不做介绍四、 各功能模块介绍（一） 倒计时电路将74192的UP端全部接高电位，低位的DOWN端接秒脉冲信号，高位的DOWN端接低位的借位端BO。这样就组成了100进制以内的倒计时计数器。再将高位的BO端分别接到两芯片的LOAD端，每当计数到零时就会重新置入一个数。正常工作时CLR接地。单元电路如下图所示：（二） 步骤控制电路步骤控制电路主要由74160、74138和一些门电路构成。74160被做成4

9、进制加法计数器，任何一个计数显示单元发出的借位信号都能使之进入下一步骤。步骤数传给译码器74138被翻译为高低信号与门电路一起控制交通灯的明灭，也控制着每步需要置的时间值。分别将74160的ENP、ENT端都接高电位，再将输出端QA、QB接入与非门，输出接到置数端LOAD，即可构成一个四进制加法计数器。任何倒计时单元电路高位端发出借位信号都能使该计数器加1。单元电路如下图所示：逻辑电路的真值表如下所示： 南北方向东西方向高位低位高位低位ABCDABCD时间ABCDABCD时间Y001100000600011000064Y1000000104000000000Y21101001034110000

10、0030Y3000000000000000104南北方向所显示的时间应该是59-0、3-0、29-0，由于74192是异步清零，所以要置的数应在原有的基础上加1，即为60、4、30。（三）交通灯控制电路译码器发出的高低电平信号，即为步骤信号，控制着交通灯的明灭。电路图如下所示：为了实现交通灯的闪烁功能，接入一个手动开关，即可在6-22点时间段输出高电平信号，在22-6点时间段输出低电平信号。该信号与译码器的红绿灯信号一起接到一个与门，起到开关的作用，6-22点允许译码器的信号通过，22-6点关闭信号灯。同时，该信号反相后与译码器的黄灯信号一起接到一个或门。6-22点为低电平信号，黄灯由译码器的

11、信号控制；22-6点为高电平信号，黄灯一直工作，不论译码器是什么信号。而且，控制黄灯的信号和秒脉冲的信号接入一个与门后，即可实现黄灯闪烁的功能。五、 总电路设计总电路图如下六、 电路安装与调试(一)电路安装考虑到如果整体电路都安装好后在检查调试电路会很麻烦，而且比较难找出问题出在哪，所以我们分步安装调试检查。首先我们确认所有元器件都是完好的、芯片无引脚掉落并且工作正常，所有导线无损坏。(二) 电路调试1、调试方法 通电观察把经过准确测量的元件接好电路。观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。如果出项异常，应急时切掉电源，彻底排除故障后才能通电。然

12、后测量各电路总电源电压和期间的引脚的点电压，以保证元器件的正常。 静态调试：在没有外加信号的条件下进行调试。本次课程设计主要是通过静态测试数字电路的各输入端和输出端的高低电平及其逻辑关系，可以即时发现已经损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，是电路工作状态符合设计要求。 动态调试动态调试是在静态调试的基础上进行。调试的方法是在电路的输入端接入适当的频率和幅值的信号，查看电路工作情况。七、 故障分析与电路改进(一) 常见的故障现象在本次课程设计中常见的故障现象：1、计数器不能正确计数；2、电路的延时现象使两个计数器不能同时工作；3、倒计时时间不正确；4、芯片与各接触点的接触不良问题

13、；5、计数出现紊乱。(二) 产生故障的原因故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的故障。本实验产生故障的原因主要有以下几种：1、定型芯片使用异端时间后出现故障，元器件损坏，连接线路是发生短路或断路（接插件接触不良）；2、新设计安装的电路来说，故障原因可能是，实际电路与设计的原理图不符；元器件使用不当或损坏，设计的电路本身就存在某些缺点，不满足技术要求，连线发生短路或断路现象等。 3、仪器使用不正引起的故障；4、线路受内在、外在干扰。(三) 检查故障的一般方法 1、直接观察法：直接观察法包括不通电检查和通电检查。检查仪器的选用和使用是否正确；电

14、源电压是否符合要求；集成电路的引脚有无错接和漏接，互碰等情况；布线是否合理，电阻和电容有无烧焦和炸裂等。仔细观察元器件有无发烫、冒烟，电子管是否亮。 2、用万用表检查静态工作点：电子电路的供电系统，电子管或三级管、集成块的直流工作状态（包括元、器件引脚、电源电压）、线路中的电阻值等都可以用万用表测定。当测量值与正常值相差较大时，经过分析可以找到故障。 3、对比法：怀疑某一电路存在问题时，可将此电路与工作状态相同的正常电路的参数进行一一对比，从中找到电路的不正常情况，进而分析故障原因，判断故障点。 4、部件替换法：有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，可以找与故障仪器同型号的仪器，可以将仪器中的部件、

15、元器件、等替换有故障的相应部件，以缩小故障范围。 5、短路法：用万用表测量管脚对地无电压。 6、断路法：短路法用于检查短路故障最有效。把稳定的电压接入一带故障的电路，使输出电流过大，我们采取依次断开电路的某一支路的办法来检查故障。八、 总结与设计调试体会两个星期的课程设计一眨眼就过去了。在这短短的两个星期里，我们完成了从电路的单元构思到整体设计到后来的设计完成、软件仿真再到最后的安装调试的成功。虽然这期间我们经历了许多挫折和失败的探索，付出了很多时间和汗水，但最后我们成功了。心中的喜悦与成就感是不言而喻的。 刚接到设计任务时，我感觉一头雾水。因为有一段时间没接触数电了所以对所学的东西开始感到陌

16、生，更何况本次课程设计综合性很强，要求我们发散思维设计电路。虽然老师讲解指导之后有点头绪了，但一开始我还是不知从何下手。从图书馆借阅资料后，我参考老师给我们的总体框图，先确定每个模块可能要用到哪些芯片然后熟悉它们的引脚和功能表。我渐渐地有了头绪：原来用我们学过的知识就都可以设计出各个模块，只要把每个模块设计好了然后连起来就基本完成了。 在通用倒计时课题的设计中，我用两片74192十进制芯片完成了倒计时的循环计数，这部分并不难，只需注意进位的连接就可以了，这在数电实验中已经掌握了。而在延时电路这模块中我遇到许多困难，起初是毫无头绪，后来通过老师的指导知道，这模块虽然费时比较长，不过设计成功时是非

17、常开心的，因为我觉得这模块是本课题一大难点。仿真成功后，在实际接线测试的过程中我们遇到了更多问题。故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的故障。比如说接线板部分区域损坏或接触不好、芯片损坏、导线老化、线路干扰、外界干扰而造成的显示数据紊乱不稳定，还有就是芯片管脚悬空并不一定是高电平等实际问题。当我们把所有问题解决后重启电源发现显示器一开始并没清零从第一步开始。原来我们没有接清零开关进来，而在仿真中不清零也自动从头开始。接线是一项艰巨的任务，不仅要细致、耐心、坚持，还要静下心来调试。在这短短两个星期内，遇到困难有过苦恼的时候，但最重要的是我们都克服了。我们不仅强化了理论知识，也增强了动手能力和解决实际问题的能力。通过这次课程设计，开阔了我们的眼界，同时也加强了团结协作的意识。九、 附录（一）电子元件明细表元件型号数目74LS002个 74LS042个74LS1924个74LS021个8段共阴4个74LS322个74LS1381个镊子1个剪刀1个（二） 总电路图（三）参考文献电子技术基础实验高等教育出版社-陈大钦 主编数字电子技术第五版 高等教育出版社-