电科0802班课程设计报告数电电科

1、西安邮电学院数字电路课程设计交通灯控制器书学院名称：通信与信息学生：专业名称：电子信息科学与技术班级：电科 0802实习时间：2010 年 6 月 21 日 2010 年 7 月 2 日题目：交通灯信号系统一、 系统功能概述：此交通灯信号系统为模拟实际的路通信号灯的工作情形。该路口的南北和东西方系统包括：两组红、黄、绿交通灯灯显示，指示向车辆通行情况；数码管倒计时显示器，显示允许或二、 内容和要求：通行的时间。1.设计一个路口的交通灯控制器，要求东西方向和南北方向车道两条交叉道的车辆交替运行。在路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯，红灯表示2.通行，绿灯表示可以通行。设置数码管显示器，以倒计时

2、的方式显示允许通行或通行的时间。由于两个车道上车流量不同，所以要求主干道通车时间比道时间长，因此设置主干道方向上绿灯亮的时间为 10s，道上 绿灯亮的时间为 8s。每个干道上，在绿灯转为红灯时，黄灯先亮 2s，以便让后来的车辆有准备地停车。三、 实验仪器设备：数码管 1 只，红黄绿三色发光二级管各三只，电容两个，电阻若干，集成电路：74LS161 两个，74LS48 一个，74LS00 两个，74LS04 两个，74LS08 一个，74LS139 一个，NE555 一个。四、 设计思路和详细电路设计过程：1. 设计思路：交通灯控制系统可大体分为：时钟产生电路、主控制电路、计时控制电路和交通信号

3、灯显示电路。系统框图如下图所示。时钟产生电路是该系统中计时控制器的标准时钟信号源。译输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路驱动信灯灯工作。主干道信号灯道信号灯倒计时显示器逻辑控制电路计时控制电路主控制器时钟产生电路交通灯控制系统框图2.各个分块电路详细设计：(1) 时钟脉冲产生电路：产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作计时控制。该功能可由集成555 完成，实现电路如下：1GNDVCC8273645负正正负图中 4 管脚和 8 管脚接，5 管脚结 0.01uF 的电容，起滤波作用。7 管脚通集电极开路门反相器的形式。3 管脚接发光二极管过电阻 R1 接到，通过电阻接地则可以检测脉冲的

4、产生。当需要向其他管脚接到 CP 新号端即可。提供脉冲时则直接将 3(2) 计时器控制电路：按设计要求，由向主控制器发出相应的信号，控制主、“秒”脉冲个数完成计时任务，并道交通灯显示时间。因为主、道的红、绿、黄灯的状态有以下 4 种。当每一种状态发生变化时，置入的数据将跟着变化实现不同模值的计数，用数码管来显示秒数。交通灯状态图要实现不同模值的计数选用集成同步计数器 74LS161。它是由 4 级 J-K 触发器的基本 4 位同步计数器。CR（低电平有效）为异步清零端，当 CR=0 时， Q1Q3 均为 0。LD（低电平有效）为同步置数端，当 CR=1，LD=0 时。在时钟 CP 的上升沿作用

5、下外加输入数据D0D3 同时置入，即 Q0=d0、Q1=d1、Q2=d2、 Q3=d3。CTT、CTP 为计数控制信号，在 CR=1，LD=1 的条件下，CTT=1、CTP=1，完成 4 位二进制加法计数。状态主干道绿灯黄灯红灯道绿灯黄灯红灯时间S0(00)S1(01)S2(10)S3(11)亮(90)亮(10)亮(70)亮(10)亮(90)亮(10)亮(70)亮(10)10s 2s 8s 2s161 的外引线排列图如下：要实现模M 计数，采用置数法置入某一固定二进制数，从而使 N 进制计数跳越 N-M 个状态，实现模值为 M 的计数。此设计需要实现模 10,、模 8、模 2 计数所以置数分别

6、为 0110、1000、1110。因为要实现倒计时所以 161 的输出端必须接非门，用 74LS04(六输入非门)实现倒序输出。74LS04 作用就是反相把 1 变成 0，其管脚图如下：实现模 10 的倒计时计数电路图如下：（图见打印版）(3)主控制器电路：根据计时器送来的信号，保持或改变电路的状态，以实现对主、道交通灯亮灭情况的控制。道的红、绿、黄灯的状态有 4 种，所以需要用 74LS161 实现因为主、模 4 的计数，每一种状态停留时间不同，所以必须把它的每一种状态输出反馈给计时器电路的置数端，再将计数器的进位输出端经过非门反馈作为它的 CP 信号源，控制状态跳转，实现交通灯的四种状态。

7、模 4 计数器需要置数 1100，计数状态为：1100110111101111。(4) 倒计时显示电路：计数器数据输出端接入非门，以其反码形式显示倒计时。数码管显示需要驱动信号，将经过非门的计数器输出信号接到 74LS48 的输入端，得到驱动信号再接到数码管的各个管脚实现倒计时显示。74LS48是一种常用的七段数码管译驱动器。从 A 到 D 依次从低位到，是 BCD 码输入信号；ag 为译的 7 个输出(有效)。LT 为灯测试端(低电平有效)，当 LT=0 且BI=1(无效)时，不论AD 状态如何，输出全为，可以使被驱动的数码管七段同时发亮。因此，LT=0 可以检查数码管的各段是否能正常发光。

8、BI 为消隐输入，当 BI=0(低电平有效)时，不论 LT，RBI及 AD 输入为何值，输出全为低电平，使七段显示处于熄灭状态。RBO 为灭 0输出，RBI 为灭 0 输入。74LS48 引脚图如下：数码管管脚图如下：(5) 交通信号灯译码显示电路：按照主控制器所处的状态进行译码，再驱动相应的信号灯。用到 74LS139，其引脚图如下：译实现的功能是将输入的每个二进制代码译出来，给出相应的输出信号。在选通端 1G(低电平有效)为 0 时，对应译码地址输入端 1A、1B 的每一组代码输入，都能译成在对应输出端输出低电平 0。如，当输入 1B1A=10 时，则在其对应输出端 1Y2=0。译真值表及

9、信号灯状态情况如下：经过化简得到G=Y1，Y=Y2 ，R=Y1Y2 ，g=Y0Y1Y2，y=Y0，r=Y1Y2所以经过译的输出信号再经过非门或与门或与非门则可以实现控制信号灯的功能。用到的有74LS04( 六 非门),74LS08( 四 二输入与 门),74LS00(四二输入与非门)。74LS00 管脚图如下：74LS08 管脚图如下：3.整个系统工作流程图如下：主干道道绿灯亮红灯亮黄灯亮红灯亮红灯亮绿灯亮红灯亮黄灯亮4.整个系统电路设计图如下：（见打印版）S3(2s)S2(8s)S1(2s)S0(10s)1B1A1Y01Y11Y21Y3GYRgyr0001101101111011110111

10、100011000100010100010011005. 对上图的相关解释：上图实现了对整个系统的电路设计，包括时钟脉冲产生电路、主控制器电路、计时器控制电路、倒计时显示器电路和信号灯显示电路。(1) 左边第一个161实现模4 功能，计交通灯的四种状态S0S1S2S3,由于每种状态停留时间不同，则要求不是每来一个 CP 状态就跳转一次，所以必须控制 CP，当计数满时状态再跳转，经过分析此控制信号可以有第二个161的进位输出端经过非门反馈得到.(2) 交通灯不同的状态要求计数也不同，所以必须由第一个 161的输出状态来控制计数，即控制第二个 161的置数端输入，其关系如下：经过分析知道，只需要将

11、 Q1、Q0 经过逻辑门接到第二个 161的置数端就可以控制其计数，化简得到：D0=0 ，D1=D2=Q1Q0， D3=Q0Q1 所以进过74LS00就可以完成此功能。其他部分的设计依照以上各分块设计的通灯信号系统要求。6. 设计中存在的一个问题：完成，最终整个电路实现了此交把第二个 161的进位输出端经非门反馈作为第一个 161的 CP 脉冲时，存在延时问题，因为 161 是同步置数，所以第一个 161 的初始状态为 0000，当它的 Q1、Q0 经过逻辑门反馈给第二个 161 的置数端时，第二个 161 实现模 10计数，计满 CO 则反馈给第一个 161 的 CP，但是在第一个 161

12、开始计数即状态发生跳转从 S0(00)S1(01)前，第二个 161 的 CP 已经使其又开始进行模 10 计数，即结果为在 01 状态为模 10 计数，10 状态为模 2 计数，11 状态为模 8 计数，00 状态为模 2 计数。这就是整个设计中的一个缺点，没有解决了这个问题。7. 心得体会：西安邮电学院系 课程设计 过程考核表学生班级/学号承担任务（）电路与电子技术基础教学部所在部门电子实施时间2010 年 6 月 21 日 2010 年 7 月 2 日状态输出Q1Q0计数（模值）需要置数S000100110S10121110S21081000S31121110西安邮电学院系 课程设计 成绩鉴定表学生班级/学号/进行时间2010 年 6 月 21 日 2010 年 7 月 2 日成绩鉴定学习内容与教学任务计划结合程度（10 分）具体内容第一周周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意；周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计；周三：电路仿真；周四：领取元器件，开始组装电路；周五：组装电路；第二周周一：组装电路；周二：老师验收电路；周三：写实验；周四：写实验；周五：实验总结；指导教师（师傅）职务或指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实