交通灯控制电路设计与制作

1、 目录摘要i1 方案设计与选择11.1方案一原理设计11.2方案二原理设计22 单元电路设计42.1 秒脉冲信号发生器42.2 五进制计数器52.3 移位寄存器72.3 信号灯控制132.3.1 红灯信号控制132.3.2 绿灯信号控制132.3.3 黄灯信号控制133 元器件清单144 制作及调试154.1 制作154.2 调试154.3 调试过程中发现的问题及解决16结束语17参考文献18- 19 -交通灯控制电路设计与制作1 方案设计与选择 要求设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒，黄灯先亮5秒，才能变换运行车道，黄灯

2、亮时，要求每秒钟闪亮一次。根据要求要用到1hz时钟脉冲源，可用555定时器来实现，还要用到计数器，逻辑门等器件来实现。1.1方案一原理设计交通灯控制原理图1如下图1-1所示：555定时 器计数器实现五进制移位寄存器甲车道信号灯乙车道信号灯 图1-1 交通灯控制原理图1首先用ne555定时器产生1hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74ls161构成五进制计数器，每五秒自动清零，同时给74ls164移位寄存器一个脉冲信号，使寄存器移位，然后通过74ls164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒的循环控制，分别使对应的黄灯，绿灯，红灯亮。最后用黄灯信号和秒冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一

3、次。交通灯控制电路图1如下图1-2所示： 图1-2 交通灯控制电路图11.2方案二原理设计交通灯控制原理图2如下图1-3所示：秒脉冲发生 器控制器译码器信号灯0.2hz1hz 图1-3 交通灯控制原理图2 用两片ne555定时器分别产生0.2hz和1hz的脉冲信号，0.2hz的信号给74ls161计数器，实现5秒触发一次，74ls161构成十进制循环计数，然后接7442四线-十线译码器对计数器的信号进行译码，信号通过非门，与非门的组合后接到适当的交通灯上。1hz的脉冲信号与黄灯信号逻辑与，实现每秒闪烁一次。交通灯控制电路图2如下图1-4所示： 图1-4 交通灯控制电路图2 现在选择第一种方案来

4、实现交通灯控制电路。2 单元电路设计2.1 秒脉冲信号发生器时钟信号产生电路主要由ne555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号，电路图如下图2-1所示： 图2-1 秒脉冲发生电路 (2-1)(2-2)所以时间周期就是：t=c=1s 图2-2 ne555管脚图2.2 五进制计数器要实现五进制计数，用74ls161四位二进制同步加法计数器，该计数器能同步并行预置数据，具有清零置数，计数和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。它的管脚排列如图2-3所示： 图2-3 74ls161管脚图管脚图介绍：时钟cp和四个数据输入

5、端p0p3清零/mr使能cep，cet置数pe数据输出端q0q3以及进位输出tc. (tc=q0·q1·q2·q3·cet) 下图为74ls161的功能表： 表2-1 74ls161功能表从74ls161功能表功能表中可以知道，当清零端cr=“0”，计数器输出q3、q2、q1、q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当cr=“1”且ld=“0”时，在cp信号上升沿作用后，74ls161输出端q3、q2、q1、q0的状态分别与并行数据输入端d3，d2，d1，d0的状态一样，为同步置数功能。而只有当cr=ld=ep=et=“1”、cp脉冲上升沿作用后，计

6、数器加1。74ls161还有一个进位输出端co，其逻辑关系是co= q0·q1·q2·q3·cet。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74ls161可以组成16进制以下的任意进制分频器。所以可以利用一片74ls161实现五进制加计数，将cr=ld=ep=et=“1”，d3,d2,d1,d0接地，二进制的五为（0101），故将q2,q0连到同一与非门后接cr清零端，每五个脉冲清一次零，实现五进制加计数器。电路连接图如下图所示： 图2-4 五进制计数器电路图2.3 移位寄存器74ls164为8位移位寄存器，当清除端（clear）为低电平时，输出端（qa

7、qh）均为低电平。串行数据输入端（a，b）可控制数据。当a、b 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（clock）脉冲上升沿作用下q0 为低电平。当a、b 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在clock 上升沿作用下决定q0 的状态。引出端符号 clock 时钟输入端 clear 同步清除输入端（低电平有效） a，b 串行数据输入端 qaqh 输出端 逻辑及封装图图2-5 74ls164封装图 图2-6 74ls164逻辑图74ls164管脚图 图2-7 74ls164管脚图真值表 表2-2 74ls164真值表h高电平 l低电平 x任意电平低到高电平跳变 qa0,qb0,qh

8、0 规定的稳态条件建立前的电平qan,qgn 时钟最近的前的电平极限值电源电压： 7v 输入电压： 5.5v 工作环境温度74164： -070 储存温度： -65150时序图 图2-8 74ls164时序图 表2-3 推荐工作条件推荐工作条件: 54/74164 单位 最小 额定 最大 电源电压vcc 54 4.5 5 5.5 v 74 4.75 5 5.25 输入高电平电压vih 2 v 输入低电平电压vil 0.8 v 输出高电平电流ioh -400 ua 输出低电平电流iol 8 ma 时钟频率fcp 0 25 mhz 脉冲宽度tw clock，clear 20 ns 建立时间 tse

9、t 25 ns 保持时间th 5 ns 采用74ls164八位移位寄存器可以实现对黄灯5秒的控制，绿灯20秒的控制和红灯25秒的控制。用74ls161的清零信号作为74ls164的触发信号，用10脚即qe来控制串行输入的信号，其局部电路图如下： 图2-9 74ls164连接电路图2.3 信号灯控制2.3.1 红灯信号控制南北向的红灯直接与qe相连，则东西向的红灯正好相反，先将qe取非，然后接东西向红灯。2.3.2 绿灯信号控制东西向的绿灯信号通过qe，qd相与获得，南北向的绿灯信号则要qe，qd先分别取非，然后再相与获得。2.3.3 黄灯信号控制黄灯信号的获得比绿灯，红灯稍复杂，东西向的黄灯信

10、号通过qd取非与qe相与获得，要使其每秒闪烁一次，用其与1hz时钟脉冲相与即可。南北向的黄灯信号则通过qe取非与qd相与，再和1hz时钟脉冲相与即可。 图2-10 交通灯信号控制电路3 元器件清单所要用到的器件：ne555定时器，74ls164，74ls161，二输入与非门，非门，三输入与门；红黄绿发光二极管各两个，电阻r1，r2，电容c1，c2，导线若干。元器件清单如下表： 表3-1 交通灯控制设计元器件清单元件序号型号主要参数数量备注1ne5551脉冲发生器274ls1641移位寄存器374ls081二输入与门474ls041六非门574ls111三输入与门674ls1611计数器7led

11、6红黄绿各两个8c110uf19c20.01uf110r143k111r250k14 制作及调试4.1 制作 图4-1 总体电路图按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。4.2 调试整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。这样不断调试，直到达到预期结果。首先对时钟信号脉冲源进行调试，看是否产生1hz时钟信号，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

12、显，高电平大于3v，低电平小于0.4v。如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题。 再对五进制计数器进行测试，看是否为五进制计数，测试结果确为五进制计数，然后测试移位寄存器的工作是否正常，最后检验信号灯是否达到预期目标，若是没有按预期的工作，检查逻辑门是否正常工作，导线是否连接到位。进过不断调试后，交通灯控制电路达到了预期的全部功能。4.3 调试过程中发现的问题及解决调试过程中难免发现一些问题：（1）74ls161无法正常工作 74ls161加电源后无法正常工作，经过调

13、试发现时电压源的问题，74ls161的电压不宜超过3.5v，不然无法正常计数。（2）绿灯不亮 经检查发现是因为74ls08二输入与非门没有接地导致。 调试过程中虽然发现了很多问题，不过经过检查一一解决。结束语心得与体会：1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择，并实现的电路的仿真。这个方案总共使用了74ls161，74ls164，74ls04，74ls08，74ls11，ne555定时器各一个。2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因

14、此耗费在这上面的时间用去很多。3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。4、平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。5、在实现部分电路功

15、能时，要做到模块化操作，做好一个模块再进行下一个模块的连接，这样能提高很高的效率，减少很多麻烦。在检测电路的时候，要针对现象进行分析，估计是什么地方的错误，不能没有目的的盲目检测，还要选择合适的检测仪器。检测中还要学会正确使用万用表中的一些功能6、在实际的连接中，还要注意一些连接顺序，要先连接振荡电路，测试无误后方可连接其他。所有的二极管都要接限流电阻。7、所有器件的多余输入不能悬空，做合适的处理。有些不高不低的电平信号，会造成逻辑上的错误，导致无法检测出电路的问题所在。8、实际操作中有很多的问题值得我们注意，在解决的同时又会掌握不少实际应用的能力。设计中还要有一些科学的习惯，力求设计的精简，

16、和分析处理问题的准确性。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。参考文献【1】电子技术基础-数字部分（第五版） 华中科技大学电子技术课程组 编 高等教育出版社【2】电子技术基础-模拟部分（第五版） 华中科技大学电子技术课程组 编 高等教育出版社