数电课程设计--交通灯设计

1、课 程 设 计 课程名称 数字电子技术 _ 课题名称 交通灯控制器 _ 专 业 _ 班 级 _ 学 号 _ 姓 名 _ 指导教师 _ 2014 2014 年 11 11 月 7 7 日课程设计任务书 课程名称：数字电子技术 题 目：交通灯控制器 专业班级： 学生姓名： 学 号: 审 批: 任务书下达日期 20142014 年 1010 月 2727 日 设计完成日期 20142014 年 1111 月 7 7 日 设计内容与设计要求 设计内容： 交通灯控制器设计： 为了确保十字路口的车辆畅通的通行，往往采用 自动控制的交通信号来进行指挥。其中红灯亮，表示 该条道路禁止通行，黄灯表示停车灯，绿灯

2、表示允许 通行。 试着设计一个十字路口的交通信号控制器， 要求如下: （1 1） 要求甲车道和乙车道两交叉以上的车辆交替运行 每次通行时间都设为 30s30s。 （2 2） 要求黄灯先亮 5s5s，才能变换车道。 黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。 （3 3） 时间用数字显示 设计要求： 1.1. 设计思路清晰，给出整体设计框图 2.2. 设计各单元电路，给出具体设计思路、电 路图、器件清单； 3.3. 总电路设计 4.4. 安装调试电路； 5.5. 写出设计报告。主要设计条件 1 1提供面包板、直流稳压电源、示波器； 2.2.提供 TTLTTL 集成电路芯片、NE555NE555 定时器、 电阻及

3、电容等； 说明书格式 1 1、 课程设计报告封面； 2 2、 任务书； 3 3、 说明书目录； 4 4、 设计总体思路； 5 5、 单元电路设计； 6 6、 总电路设计； 7 7、 总结与设计调试总结； 8 8、 附录； 9 9、 参考文献； 进度安排 第一周星期一 课题内容介绍和查找资料； 星期二 总体电路设计和分电路设计； 星期三 领元件； 星期四 检查元件，安装电路； 星期五 安装、调试电路； 第二周星期一 安装、调试电路； 星期二 安装、调试电路； 星期三 验收电路； 星期四 写设计报告、打印相关图纸： 星期五 答辩； 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

4、 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 设计总体 . 1 设计要求 . 1 设计思路 . 2 设计框图 . 4 单元电路设计 . 4 同步十进制计数器 . 4 译码器 . 4 十进制加减计数器 . 9 秒脉冲产生器 . 12 其他元件 . 13 总电路 . 14 实际接线图 . 15 安装及调试步骤 . 15 故障分析及电路改进 . 16 附录（元器件清单 ） . 17 参考文献 . 17 总结与体会 . 18 评分表 . 202 一、设计总体 1.1 设计要求 1. 设计并制作交通灯控制电路； 2. 电路功能为： 1） 采用两位数码显示器显

5、示南北方向时间；采用两位数码显示器显示东 西方向时间； 2） 交通灯控制器工作流程如下： 1.2 设计思路 本系统采用主干道和支干道分开实现功能，但又相互配合的思路，用时 间的相关性将主干道与支干道的信号灯的亮灭相联系起来。 根据系统的要求：主干道绿灯 45秒，支干道绿灯25秒；每次由绿灯变3 为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；则其时间循环图如下所示: 图2.2主干道时间循环图 图2.3支干道时间循环图 对于其中一条干道，系统的工作流程图如下所示： 倒计时工作及显示显示 信号灯控制三种灯亮灭 提供三种灯转换的信号 主干道循环时间 支干道循环时间 闪黄灯 提供一秒的CP脉冲信号 秒脉冲产生秒脉冲

6、信号 提供三种预置数 4 系统工作原理如下：初始状态，对于主干道，计数器预置数 30秒，在 CP脉冲的作用下开始进行倒计时，当倒计数至零时，可以对信号灯控制电 路产生一个上升沿的单脉冲，该脉冲将作为74LS160的脉冲输入，完成一次 计数，实现对绿灯，黄灯和红灯的亮灭的控制，此时红灯亮，当三种信号灯 完成一次状态变化时，将变化的信号传送给74LS138译码器，由该译码器选 中相应的倒计数置，并将该倒计数置给计数器74LS192,完成一次工作循环， 然后是5秒的黄灯，最后是30秒的红灯。对于支干道而言，循环时间是 35 秒，30秒，5秒，其具体的循环过程与主干道一致。 1.3 总体设计框架 、单

7、元电路设计 2.12.1 同步十进制计数器 74IS16074IS160 的引脚图如图5 74LS160的功能表如下 输入 输出 CR LD CTp CTt CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 0 X X X T X X X X 0 0 0 0 01 0 X X T D3 D1 D2 D3 D0 D1 D2 D3 1 1 1 1 T X X X X 计数 1 1 0 X T X X X X 保持 1 1 X 0 X X X X X 保持 因为74IS160控制的是从0开始到3是一个循环因此要将其将输出的 Q 1, Q2通过与与非非门接到置数端的引脚来控制循环6 2.2译码器

8、二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码 对应的高，低电平信号。由于需要反馈信号，需要2进制进 行转换，由此用到3-8二进制译码器74138.其引脚图如下： uz 真值表如下 输入U1 vcc T- 5V :二 T ENT LOAD 74LS160N U3A 74LSOON 74LS1I3BN 7 S A 2 A 1 A 0 Y0 Y Y2 丫3 丫4 Y5 丫6 Y； 1 S2 +S3 X 1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1

9、1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 从功能表中我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何 时刻要么全为高电平1 芯片处于不工作状态，要么只有一个为 低电平0 ,其余7个输出引脚全为高电平1。由该译码器来控制 甲乙道的红绿黄灯的状态和74IS192的置数。如果出现两个输出 引脚同时为0的情况，说明该芯片

10、已经损坏。 通过74IS138译码器来控制东西，南北方向的六个显示灯8 其真值表如下: 信号灯信号真值表 状态控制器输出 主干道信号灯 支干道信号灯 Y0 Y1 Y2 Y3 R（红） Y （黄） G （绿） r（红） y （黄） g （绿） 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为: 2,5 V 9 G=Y3 Y=Y0 (1HZ) R= (Y1Y2 ) g= Y1 y= Y2 (1HZ) r= ( Y0Y3) 据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出交通灯信号控

11、制 2.3 十进制加/减计数器 74IS192的功能表：10 输 A |输 出 ST 硯何吗IN3 IN*叽IN6眄 1 X X Z Z X X X Z 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X K X X X 0 0 0 0 0 1 0 电K X 沈 Z 0 0 0 1 0 1 0 X g X X X X 0 1 i 0 1 0 0 1 0 X X 沈 0 1 1 i 0 1 1 0 1 0 电X X 0 1 1 1 i 1 0 0 0 1 0 X X 0 1 1 1 1 i 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

12、 0 0 1 1 1 1 1 1 i 1 1 1 0 1 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。 11 74IS192的引脚图如下ii U29 74LS192N 通过74IS192来控制倒计时的时间 逻辑电路的真值表如下所示： 12 南北方向 东西方向 高位 低位 高位 低位 A B C D A B C D 时 间 A B C D A B C D 时 间 Y0 1 1 0 0 0 0 0 0 30 1

13、0 1 0 1 0 1 0 5 Y1 0 0 0 0 1 0 1 0 5 1 1 0 0 0 0 0 0 30 显示的时间应该是南北方向29-0、4-0东西方向4-0、29-0 2.4 秒脉冲产生器 55 j_VIRTUAL Tirrter 100Q 57.7 10nF =10nF C Cf 13 2.5 其他元件14 1、74ls04六非门的引脚图: 真值表如下 A Y 0 1 1 0 2、74100两输入与非门的引脚图 15 真值表如下16 AB Y 00 1 01 1 10 1 11 0 2.6 总电路设计图 三、实际接线图17 四、安装、调试步骤 1、第一步确认我们仿真好的元器件在实验

14、室器材室是否有领。如没有 所需器件，则需要从现有元器件中找到具有类似功能的元器件进行替换。 另外在仿真图上要特别注意线的重叠。 18 2、第二步按照仿真图，上报班长所需领取的元器件， 注意，领器件时记得 多领一两个备用。 3、第三步测验设备， 领到器件和实验箱后， 检测元器件是否有断脚。另外 检测试验箱，管脚插口是否有被堵的。显示管也是需要注意的地方，因为显示 管特别容易烧坏，测线，用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好， 第四，测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要 及时向老师调换。 4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片， 注意尽可能

15、的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电 路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完 所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。 5、调试，当接完所有的线后，打开电源，调试、验证电路是否符合要求。 6、验收，当电路完全符合要求且正确时， 可让指导老师验收并考虑做拓展 功能。 五、电路故障分析及电路改进 故障一：本来我们是想用 8输入的数码显示管， 后来发现 8 脚数码显示管 无法正常使用便修改了电路图，改为四输入的数码显示管。 故障二：在连接好电路图后发现，数码显示管以及交通灯均不亮。 结果：没有接好 5V 的电源线 故障三：在正常通电之后，我们

16、发现在计数到 0 时才跳转到 30，这样使 原来计数为 30秒变成实际上的 31 秒。 结果：我们把异步清零弄成了同步清零导致多出 1 秒 六、附录（元器件清单） 实验箱（ 1 个） 同步十进制加减法计数器 74192（ 2） 同步十进制加法计数器 74160（1 个） 3线8线译码器 74138（1） 非门 74lSL04（2 个） 与非门 74SL00（2 个） 或门 74SL32（ 1） 与门 74SL10（ 2） 共阴极显示管（ 2） 指示灯（ 6） 导线若干 19 七、参考文献 技术基础实验与仿真孙胜麟 郭照南主编 数字电子技术实验 李毅 谢松云 主编 数字电子技术基础 阎石 主编

17、八、总结与体会 在这两周的课程设计中我感悟了很多，也许你的一念之差就会导致电路图 变得复杂，在刚开始的几天我们组内成员经过不断查阅资料，自己画图设计。 设计出一个由 14 块芯片组成的电路图。 经过艰难的仿真过程， 终于将这个电路 图仿真好。但在领元器件时发现我们许多器件没有，原先在仿真中用到的 8 输 入数码显示管也无法使用，另外 74ls48 也领完。于是我们又开始设计，仿真。 同与我们课题一样的另外一组进行讨论， 期间我们发现我们用 74ls48 四线制八 线译码器是多余的，完全可以直接接入四输入共阴极数码显示管。不仅让我们 难于寻找器件，更使我们的接线图变得凌乱与复杂。进过两组不断的讨

18、论，设 计。我们组的电路图由原来的 14片芯片简化到 6 片芯片。这样为我们下一星期 的接线打好了良好的基础。 在第一次接线过程中，我们首先将所有芯片插好，没有检查芯片是否能够 正常工作。就按照线路图接线，虽然说很快就将线接好。但是，在打开电源开 关的时候发现黄灯不停地闪烁。而且数码显示管也不亮。最后实在没有检查出 错误，只好重新接线。 经过第一次接线的教训， 我们观察了其他组的接线方法， 发现他们在接线之前要一一检测芯片的好坏。这对我们启发很大，我们通过每 一块芯片的工作原理进行一一检测，发现 74ls38 芯片是坏的。我们在确定芯片 是好的之后开始重现接线，从数码显示管开始到黄绿灯。当线接

19、好时， 通电之 后依旧发现黄灯闪而数码显示管不亮。 不得已又重新再来， 第三次接线我们开 始一部分一部分分开接，先接好计数器部分。发现能正常工作，然后再接黄绿 灯部分。最后果然这种分部接线法很实用，我们在发现错误时可以排除另一部 分对其的影响，使效率得到了提高。这个接线过程花费了我们 3 天时间，周六 也在接，终于在星期一就能调试出来。 在这次数字电子课程设计中，我从中感悟到很多。在设计电路上，对芯片 的了解是这20 次设计的关键，我们要知道自己需要什么芯片，也要知道什么样的 芯片与所需芯片有什么相似功能在没有所需芯片时能够找到代替品。团队合作 在这次设计中起到了至关重要的作用。通过两组电路的

20、互补得到了一个简单， 实用的电路图。在接线过程中，一步一步细心的检测和接线也是很重要的。不 能由于急于求成而放弃其中一些重要的步奏，这样往往是事与愿违。通过这次 课程设计使我们对数字电子有了更加进一步的了解，更从中得到了不少感悟 。21 电气信息学院课程设计评分表 项 目 评价 优 良 中 及格 差 设计方案合理性与创造性（10% 开发板焊接及其调试完成情况 *（ 10% 硬件设计或软件编程完成情况（20% 硬件测试或软件调试结果 （10%） 设计说明书质量（20%） 答辩情况（10%） 完成任务情况（10%） 独立工作能力（10%） 出勤情况（10%） 综合评分 指导教师签名： _ 日 期：

21、 _ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、 评分表、附件（非 16K大小的图纸及程序清单）。 22 1. 基于 C8051F 单片机 直流电动 机反馈控制系统的设计与研究 2. 基于单片机 的嵌入式 Web 服务器的研究 3. MOTOROLA 单片机 MC68HC (8) 05PV8/A内嵌 EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影 4. 基于模糊控制的电阻钎焊 单片机 温度控制系统的研制 5. 基于 MCS-51 系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自

22、校正( STR )调节器 7. 单片机 控制的二级倒立摆系统的研究 8. 基于增强型 51 系列单片机的 TCP/IP 协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于 32 位嵌入式 单片机 系统的图像采集与处理技术的研究 11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于 单片机 的交流伺服电 机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机 的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于 C8051F040 单片机 的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊 Smith 智能控制方法的研究及其

23、单片机 实现 18. 一种基于 单片机 的轴快流 CO ,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双 单片机 冲床数控系统的研究 20. 基于 CYGNAL 单片机 的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于 单片机 的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于 单片机 控制的高速快走丝电火花线切割 机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于 PIC 单片机 的智能手 机充电器 26. 基于单片机 的实时内核设计及其应用研究 27. 基于 单片机 的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于 单片机 的烟气二氧化硫浓度检测仪的

24、研制 29. 基于微型光谱仪的 单片机 系统 30. 单片机 系统软件构件开发的技术研究 31. 基于 单片机 的液体点滴速度自动检测仪的研制 32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于 PIC 单片机 的电能采集终端的设计和应用 34. 基于 单片机 的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊 机单片机 控制系统的研制 36. 基于 单片机 的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器 -数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤 Bragg 光栅解调系统的研究 39. 单片机 控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于 C8051F020 单片机 的多生

25、理信号检测仪 41. 基于 单片机 的电 机运动控制系统设计 42. Pico 专用 单片机 核的可测性设计研究 43. 基于 MCS-51 单片机 的热量计 44. 基于双 单片机 的智能遥测微型气象站 45. MCS-51 单片机 构建 机器人的实践研究 23 46. 基于 单片机 的轮轨力检测 47. 基于单片机 的 GPS 定位仪的研究与实现 48. 基于单片机 的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的 MMC 卡文件系统研制 50. 基于单片机 的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机 和 CPLD 的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机 控制的后备式方波 UPS 5

26、3. 提升高职学生 单片机 应用能力的探究 54. 基于单片机 控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机 控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机 的多通道数据采集系统 57. 基于 uPSD3234 单片机 的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于 单片机 的红外测油仪的研究 59. 96 系列单片机 仿真器研究与设计 60. 基于单片机 的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机 的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于 MSP430 单片机 的电梯门 机 控制器的研制 63. 基于单片机 的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱 M16C/6N 系列单片机 的 CAN

27、/USB 协议转换器 65. 基于单片机 和 DSP 的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机 的膛壁温度报警系统设计 67. 基于 AVR 单片机 的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机 船舶电力推进电 机监测系统 69. 基于单片机 网络的振动信号的采集系统 70. 基于 单片机 的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于 单片机 的叠图 机 研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式 Web 服务器技术的研究及实现 73. 基于 AT89S52 单片机 的通用数据采集系统 74. 基于单片机 的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机 器人旋转电弧传感角焊缝跟踪 单片机 控制系统 76. 基于单片机 的控制系统在 PLC 虚拟教学实验中的应用研究 77. 基于单片机 系统的网络通信研究与应用 78. 基于 PIC16F877 单片机 的莫尔斯码自动译码系统设计与研究 79. 基于单片机 的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双 单片机 冲床数控系统的研究与开发 81. 基于 Cygnal 单片机的卩 C/OS U的研究 82. 基