交通灯实验报告

1、、用中规模器件设计交通灯控制器一、任务要求1）通过数字电路的设计，在面包板上模拟交通红绿灯。要求分主干道和支 干道，每条道上安装红（主R,支r）绿（主G，支g）黄（主Y，支y）三种颜色 的灯，由四种状态自动循环构成（G、r3Y、r3R、g3R、y）;2）在交通灯处在不同的状态时，设计一计时器以倒计时方式显示计时，并 要求不同状态历时分别为：G、r:30秒；R、g:20秒；Y、r,R、y:5秒。二、总体方案三、单元电路设计1）主控电路在设计要求中要实现四种状态的自动转换，首先要把这四种状态以数字的 形态表示出来。因2*2=4,所以可以两位二进制数表示所需状态G、r, 0Y、 r, 1R、g, 1

2、R、y），循环状态：（0010110100）数字电路课程中介绍的计数器就是通过有限几个不同状态之间的循环实现不同模 值计数，由此可以尝试设计一模值4的计数器，其输出（代表不同状态）既可以循环 转换，而且能够控制其他部分电路。在课程设计中本人倾4（双上升沿D触发 器）设计檄计数器作为主控部分电路。主控电路图如下2D1 CLK 2PRN2CLRN2CLH74741FRNID1CLRND FLIP-FLOPSIQ2QN-1QN2Q秒脉冲产生电路通过555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不的方波脉冲， 即不同的频率脉冲。课程设计需要秒脉冲，利用个电容，2个电阻。脉冲产生电路图如下：47

3、R1VCCQUT150k | R2THRTRLCON6 ZZZlOnF CfGND:4.7uF- n .555JimerVIRTUAL红绿灯(发光二极管)显示电路路控制，即主控电路的输/和Q)决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。.、_.12-.红绿灯显示也是表示电路所处状其，必然与主控电路的状态一一对受，到主控电Q 2Q 1主红(R)主黄(Y)主绿(G)支红(r)支黄(y)支绿(g)00010100011000101010000111001100如亮用1表示，灭用)表示，则真值表如下：所以，R =r+y Y=/Q/Q; G=QQ ; r=Y+G; y=/Q; g=Q/Q 这里应该注意2 1

4、2 12 12 1我们可以用门电路实珈与门与非门非门等但是这些电路不稳定容易出现错误 如果能够用中规模器件的，诫们尽量用中规模器件来实3因为中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和。控制我们可以用门电路实现。红绿灯显示电路接线如:下1PRN1D1CLRN1Q1CLK1QN2PRNX2D2QN2CLRN2CLKNAN D27474D FLIP-FLOPSXOR4）计时部分电路a）计时器状态产生模块：设计要求对不同的状态维持的时间不而且要以十进制倒计时显示出来于实验 室器材本人采用两74LS161完成计时器状态产生模块设计。设计思路：要以十进制输出，而又有

5、一些状态维持时间超秒，则必须用两个4LS161分别 产生个位和十位的数字信号然，计数器能够完成计时功育我们可以用4LS161设计， 并把它的时车电p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74LS48而在显示是最好以人们 习惯的数字）一-9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，本人0以 0001，0010111这些状态中靠后的状态为有效状态。例如：有效状态01 1100110111101111取反010（0011001（00010000即 4321-实现模5 的倒计时。在将74LS161改装成其他模值时

6、既可以采用同步清零法，也可采用异步置数法，但 0000不可能为有效状态，所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。首先对控制个位输出LS161设计：按要求对系统的状态不同即红绿灯的状态不同个位的进制也就要求不同本人利 用系统的状态最、Q控制74LS161的置数端）DDD。当系统处漆、r或R、g状态时， 个位的进制是十（模0），即逢十进一，当系3统处在匚或R、y状态时，个位的进制是 五（模5），即逢五进一，模D时，有效状态为110111，1置DDDD为0110模53 2 10时有效状态为011, 1100 1101, 1110 1111,置DDDD为1011,由此有，3 2 10QQDDDD20

7、0312011011011100110110110所以 D=/Q;D=Q;D=1 ; D=D3 22 210_3.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，我们可以把它的如】取反接入置数辙D。再对控制十位输出的4LS161设计。同设计控制个位输出的4LS161基本类似，本人 用系统状态章、Q控制十位74LS161的置数端)DDD。当系统处于kr状态时置)DDD2、13.2103 2 10为1101，当系统处TY、r或R、y时置DDDD为1111，当系统处于R、g时置DDDD,3 2 1 03 2 1 0为1110有，Q。Q.DDDD2010312111010

8、11111101110111101故D=D=1;D=/(QQ) ;D=/(/QQ)应为(D=/(Q/Q)一 3 _2一 1一，、2 102 102 1同理我们将：O取反接入置数端LD对一些级联的处理当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，本 人通过控制十位的Tt2,ETp2端实现这一功能，把个位的】接入ETt2,ETp2接1，当个 位需进位，即完成一次循环为1，则ETt2=ETp2=1十位开始计数，其他时刻，二0, 则 ETt2=0,ETp2二，1 十位保持。1设计时把：O,CO的与非接入主控电路的双上升沿虫发器的cp，当完成一次计时， 12.个位和十位同时完成

9、循环，此时=CO=0,(其它时刻为)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。b)字显示模块：我们用数码管将计时器产生的信号以数字形式显示出来，其中包括接数码管的驱动 7448。将十位数码管驱动的T、BI、RBI接1。记时部分电路如下1 FRN747四 总体电路图744B1 PRNID1CLRM1 口1CLK1QMZFFN3QZD3QH3CLFLMZCLKB F LIP-F LOPBBCD TO 7BBGBCD TO 7SBG五、关键电路波形图cp G_nLarLrLarLrLajTTLrLnj主绿灯主黄灯主虹灯支红灯吏绿灯支黄灯 六、调试过程中的

10、问题当我设计好电路图，并确定其正确性以后，在面包板上连接好电路，并进行调试。尽 管之前已确定电路图的正确性，但是在调试时，仍然出现了很多问题。例如：线路的两个 接头接错位置；芯片布局不合理，导致接线时容易使线路交叉；芯片未接电源或地线；接 线时线头未插入面包板里，使线路无效；甚至在某些复杂的线路处，漏接线路，或者接在 其它接口处（这极易使线路短路）等。这一系列的问题，经过仔细的检查后，能够找到并 予以改正，但还有一种问题是很难找到的。当我确定所设计的电路图的正确性，确定接线正确以后在进行调试时仍然出现了问题，如：二极管发光的顺序不正确；计数器置数时出错。这种问题我在遇见几次以后 仍然没找到原因

11、所在有时在接线并调试正确且实现其功能后当过一段时间再次调试 时，发现系统中居然又出现了问题，主要是因为电路板不稳。七，分析总结：通过这两周的课程设计，我感悟最深的是数字电路设计需要的是深厚的知识功底和 严谨认真的科学态度好的电路设计不仅要求正确，且是最简单的这里说的最简单不 是说要每个器件都要最简单的口果那样我们也不必去选择器侃需用门电路就可以设 计了，我们要的是对整体电路来讲是最简尽量在功能齐全的前提下减少所用器件的数 量。另外对于电路本身存在一个安全稳定性I、神在面包板上接线时，尽量用一根导 线将输出和输入接通因为导线中间每断一次都是电路的一个安全隐当觉得电路设计 方案没有问题时就可以在面包板上接线了外，我们还最好是接好一个模块后通电检测， 有问题就检查修改电灿到这一模块正常再对下一个模块接布线完成后，接下来就 该调试电路，这是一个很重要