课程设计交通灯设计报告

1、课 程 设 计 报 告学生姓名:李 峰学 号：1009290121学 院:电气工程学院班 级:电自1012题 目:电子工艺实习交通灯控制器的设计指导教师： 盛文利 职称: 郝 静 2012年07月12日目 录目 录I一、设计要求1二、设计原理及框图1三、器件说明23.1 原件清单23.2 各原件功能33.2.1 74LS19033.2.2 74LS4733.2.3 555定时器43.2.4 74LS1395四、设计过程64.1 555定时器构成的多谐振荡器64.2 74LS190N计数器构成的25进制计数器64.3 用74LS47N显示译码器构成时间显示电路74.4 信号灯控制电路84.5 交

2、通灯显示电路124.6 特殊情况处理电路13五、电路总图14六、仿真与调试15七、设计体会及收获15参考文献1717一、设计要求（1）在十字路口的两个方向上各设一组红灯、绿灯、黄灯，显示顺序为：其中一个方向是绿灯、黄灯、红灯，另一个方向是红灯、黄灯、绿灯。（2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别为20s、5s、25s。（3）当各条路中任意一条上出现特殊情况，例如有消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，且显示数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。二、设计原理及框图电路主要

3、由时钟电路、显示电路、交通灯控制电路和特殊情况处理四大部分构成。其中时钟电路主要由555定时器和74LS190十进制可逆计数器实现。利用555定时器和电阻、电容构成多谐振荡器，用来产生秒脉冲，利用此脉冲信号触发74LS190计数，从而达到计时的效果。显示电路由74LS47显示译码管和数码管组成。74LS47的输入端与71LS190的输出端相连，输出端与数码管的引脚相连，用来将计数器的状态显示出来。交通灯控制电路主要由74LS73（JK触发器）和74LS139构成。到指定时间，利用一些逻辑运算，通过门电路产生脉冲触发JK触发器，使74LS139的输入发生变化，相应的输出也发生变化，从而使交通灯的

4、状态发生变化。特殊情况控制电路，分为两部分，一部分为控制显示时间的数码管闪烁，通过开关连接脉冲来控制数码显示管的共极来实现，另一部分为控制信号灯的红灯一直亮，通过开关和或门、与门来实现。设计框图如图1。74LS190计数器JK触发器74LS47显示译码器数码显示管74LS139译码器交通灯颜色多谐振荡器图1 交通信号灯设计框图三、器件说明3.1 原件清单电路原件清单见表1。表1 元器件清单序号型号数量备注174LS1902片十进制可逆计数器274LS472片显示译码器37SEG_COM_A2片共阳数码管显示器474LS011片与非门574LS861片异或门674LS081片与门740781片八

5、输入或非门840721片八输入或门974LS051片非门1074LS321片或门115551片555定时器1274LS1391片2线-4线译码器13PROBE_RED2个红色指示灯14PROBE_GREEN2个黄色指示灯15PROBE_YELLOW2个绿色指示灯16BUZZER1个蜂鸣器3.2 各原件功能3.2.1 74LS190（1）引脚排列图74LS190的引脚排列图如图2。图2 74LS190引脚排列图（2）功能表74LS190功能表如表2。表2 74LS190功能表输入输出 /D CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q30 X X X d0 d1 d2 d31 0 0 X

6、X X X1 0 1 X X X X1 1 X X X X X Xd0 d1 d2 d3加计数减计数保持3.2.2 74LS47 （1）引脚排列图图3 74LS190引脚排列图（2）功能表表3 74LS47功能表序号输入输出引脚LT RBI A3 A2 A1 A0 RI/RBO a b c d e f g0123456789101112131415BIRBILT1 11 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 XX X1 00 X0 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0

7、0 01 0 0 1 1 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1X X X X0 0 0 0X X X X11111111111111110010 0 0 0 0 0 11 0 0 1 1 1 10 0 1 0 0 1 00 0 0 0 1 1 01 0 0 1 1 0 00 1 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0 00 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 01 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1 01 0 1 1 1 0 00 1 1 0 1 0 01 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1

8、1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 03.2.3 555定时器（1）引脚排列图图4 555定时器引脚排列图（2）功能表表4 555定时器功能表阈值输入触发输入复位输出XX00101不变3.2.4 74LS139（1）引脚排列图图5 74LS139引脚排列图（2）功能表表5 74LS139功能表输入输出1G1A1B1Y01Y11Y21Y31XXXXXX0000111001101101011010111110四、设计过程4.1 555定时器构成的多谐振荡器图6 555定时器构成的多谐振荡器如图6所示为555定时器构成的多谐振荡器，C1为0.01，若C2

9、取0.5，取R1=1K,R2=12K,依据公式周期,计算出振荡周期T。4.2 74LS190N计数器构成的25进制计数器图7 25进制计数器计数器电路如图7所示。74LS190为十进制可逆计数器，当5号引脚接低电平时为加法计数器，接高电平时为减法计数器，我们这里采用减法计数器。欲构成25进制计数器需要两片74190级联，低位的CLK引脚与多谐振荡器的输出端相连，进位端与高位的CLK引脚相连。当低位由9减到0时，触发高位，使高位减1。因为74LS190预置数方式为异步，故想要从25计数到0，需要到99时置数为25。故只需将高位的QD通过非门连接到两片74190的置数端。4.3 用74LS47N显

10、示译码器构成时间显示电路图8 由数码管构成的显示电路显示电路如图8所示。74LS74为驱动器，用来驱动共阳数码管。两片74LS74的输入端分别与71LS190的输出端相连，输出端与数码管相连，构成显示电路，用来显示倒计时时间。4.4 信号灯控制电路图9 信号灯控制电路控制电路如图9所示。4078为8输入或非门。其引脚连接如表6所示。4078的真值表如表7。表6 4078引脚连接图4078引脚号连接引脚芯片引脚号2低位74LS19033642579高位74LS190210311012表7 4708真值表4708引脚号5342910111213序号时间输入输出1250101100012240100

11、100013230011100014220010100015210001100016200000100017191001010018181000010019170111010011016011001001111501010100112140100010011313001101001141200100100115110001010011610000001001170910010000118081000000011907011100001200601100000121050101000012204010000001230300110000124020010000012501000100001260

12、0000000000由表7可知只有当时间到00时，4078的输出才会有变化，由1变到0，即产生一个下降沿脉冲。4072为4输入或门。其引脚连接如图10所示。4078的真值表如表8。7402四输入或门74LS01与非门74LS32或门74LS32或门低74190-374LS190低74190-6低74190-2低74190-7高74190-2高74190-30图10 4072引脚连接示意图表8 4072电路真值表4072引脚号23451序号时间输入输出1251000122410101323101114221011152110101620101017191011181810111917100111

13、01610111111510001121410101131310111141210111151110101161010101170900111180800111190700011200600111210500000220400101230300111240200111250100101260000101由表8可知只有当时间到05时，4072的输出才会有变化，由1变到0，即产生一个下降沿脉冲。综上，通过该部分电路可以实现在一个计时周期内，在05和00秒时，会产生脉冲，从而达到控制信号灯按指定时间变化的目的。故74LS139电路的真值表如表9。表9 74LS139电路真值表74139引脚号3245

14、67序号时间输入输出125101101224101101190710110120061011012105111110220411111025011111102600111110272501101128240110114507011011460601101147050001114804000111510100011152000001114.5 交通灯显示电路交通灯显示电路如图11（a）（b）（c）所示。时间和对应两个方向信号灯的状态如表10所示。图11（a） 交通灯显示电路东西方向红灯亮图11（b） 交通灯显示电路东西方向黄灯亮图11（a） 交通灯显示电路东西方向绿灯亮表10 信号灯状态变化表东

15、西方向时间南北方向红灯亮25绿灯亮2465黄灯亮410绿灯亮25红灯亮246黄灯亮54104.6 特殊情况处理电路当发生特殊情况，手动闭合开关（在multisim中将两个开关设为同一个快捷键space，达到同时控制两个开关的效果），两个方向（东西和南北）红灯同时亮起，数码显示管数字停留在当前时间并不断闪烁，同时蜂鸣器发出警示声。断开开关后，恢复正常情况，倒计时接着之前的时间继续。实现数码管闪烁的电路如图12所示，控制两方向红灯同时亮和蜂鸣器的电路如图13所示。图12 特殊情况控制数码管闪烁电路图13 特殊情况控制信号灯和蜂鸣器电路五、电路总图图14 电路总图六、仿真与调试问题一：蜂鸣器连接后不

16、能正常工作。问题原因：Multisim中蜂鸣器默认电压为9V，而电路中的电压为5V。解决方案：将蜂鸣器电压改为5V后，蜂鸣器即能正常工作。问题二：74LS190置数时无法显示数字00。问题原因：74LS190为十进制异步可逆计数器。解决方案：欲使从25计数到00，而且00能够正常显示，需要到99时将其置数到25。问题三：多谐振荡器周期与计算值不一致。问题原因：Multisim中的时间与实际时间不一致。解决方案：1.修改仿真软件中的交互式仿真设置中的最大时间步长；2.修改多谐振荡器的参数，使在仿真时看上去时间接近1秒。问题四：如何同时控制两个开关。解决方案：在Multisim中，每个开关都对应有

17、“Key=”的标识，经过尝试发现这就是开关对应的快捷键。要想同时控制两个或者多个开关，只需将这两个开关的快捷键设为相同的就可以了。本设计中将两个开关的快捷键都设为空格键（Key=space）。七、设计体会及收获通过将近三周的课程设计，让我受益匪浅。从整个问题的逻辑分析、电路图的设计、电路仿真调试一直到最后设计报告的撰写，每个环节都有很多收获和心得，大致概括如下：1. 进一步理解了计数器同步和异步两种置数方法的区别。之前学习过程中只是知道计数器有同步和异步之分，但一直使用的都是74LS161等同步计数器，没有注意到同步与异步的区别。而在本次设计中为了方便的构成25进制计数器，我们使用的74LS1

18、90是异步计数器，在设计刚开始时，就遇到了一个问题，到00时置数到25，但是00却不能正常显示出来。后来，通过请教老师、上网查资料终于明白了异步与同步计数器的区别。2. 明白了设计中最重要的是思想和逻辑关系。设计中从时钟电路入手，时钟电路比较顺利的完成后，便陷入了困境，不知道该如何通过时钟电路来控制信号灯在指定时间变化。于是，我们开始研究相应的时间（25秒、5秒、0秒）对应数字的特点。经过一个中午两个多小时的研究，终于发现了其特点，缕清楚了其逻辑关系，之后很快就实现了时钟电路对信号灯的控制。3. 设计中考虑不够全面，调试在过程中不断发现低级错误。最初设计过程中考虑的不全面，比如，在设计特殊情况下让红灯一直亮的时候，开始忘了控制让绿灯和黄灯灭，虽然红灯能够一直亮，但是出现了某个方向红灯和绿灯或者红灯和黄灯同时亮的情况。仿真中看到次情况后才恍然大悟，在处理这种情况时，不仅要控制让红灯亮，还要控制让黄灯和绿灯灭。也意识到自己的设计水平还很有限，总会出一些低级错误。4. 提高了设计报告的排版水平。在写报告过程中，发现自己写完的初稿看上去很不美观，于是上网找了一些资料，学习了一些排版注意事项和相应的技巧，也了解了一些排版要求，如：图表都要编