數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)交通燈實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、一、 課程設(shè)計(jì)題目交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1）在嚴(yán)格具有主、支干道的十字路口，設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈自動(dòng)控制裝置。要求：在十字路口的兩個(gè)方向上各設(shè)一組紅黃綠燈；順序無(wú)要求；2）設(shè)置一組數(shù)碼管，以倒計(jì)時(shí)的方式顯示允許通行或禁止通行時(shí)間。紅（主：r,支：r）綠 （主：g，支：g）黃（主：y，支：y）三種顏色燈，由四種狀態(tài)自動(dòng)循環(huán)構(gòu)成（gryrrgry）;并要求不同狀態(tài)歷時(shí)分別為：gr:30秒，rg:20秒，yr,ry:5秒。三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)框圖方案一：芯片設(shè)計(jì)（1）芯片功能及分配交通燈控制系統(tǒng)主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器、數(shù)碼管和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等器件組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中

2、定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。1）系統(tǒng)的計(jì)時(shí)器是由74ls161組成，其中應(yīng)因?yàn)榫G燈時(shí)間為30秒，所以綠燈定時(shí)器由兩塊74ls161級(jí)聯(lián)組成.74ls161是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，它具有同步清零，同步置數(shù)的功能。2）系統(tǒng)的主控制電路是由74ls74組成，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制信號(hào)燈的工作狀態(tài)。3)系統(tǒng)的譯碼器部分是由一塊74ls48組成，它的主要任務(wù)是將控制器的輸出翻譯成6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)。整個(gè)設(shè)計(jì)共由以上三部分組成。（2）設(shè)計(jì)原理：1)總體方案如圖： 2）各單元電路的設(shè)計(jì)：

3、 1. 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)器組成震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生秒脈沖，電路圖如下圖所示： 2. 主控制電路 d1=q1/q2+/q1q2(/表示取非) d2=/q2 clk=co2 clr和pr均置1.主控制電路可產(chǎn)生00-01-10-11-00控制信號(hào)。3.紅綠燈顯示電路紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其主控電路的狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有:q1q2主黃(y)主綠(g)主紅(r)支黃(r)支綠(y)支紅(g)00100001010

4、011001000101011010001所以，r =q1/q2+/q1q2, y=/q1/q2, g=q1q2; r=/q1/q2+q1q2, g= q1/q2, y= /q1q2.電路圖如圖： 4. 計(jì)時(shí)部分電路a) 計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同，限于實(shí)驗(yàn)室器材只提供74ls161.因要以十進(jìn)制輸出，且有一些狀態(tài)維持時(shí)間超過(guò)10秒，則必須用兩個(gè)74ls161分別產(chǎn)生個(gè)位和十位的數(shù)字信號(hào)。故計(jì)數(shù)器能夠完成計(jì)時(shí)功能。因而采用兩個(gè)74ls161級(jí)聯(lián)完成計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路：(1)實(shí)現(xiàn)所需模值將74ls161的時(shí)鐘cp接秒脈沖。74ls161計(jì)數(shù)器是采用加法計(jì)

5、數(shù)，要想倒計(jì)時(shí)，則在74ls161輸出的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74ls48，故在設(shè)計(jì)不同模值計(jì)數(shù)器確定有效狀態(tài)時(shí)，要以0000，0001-1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。我采用異步置數(shù)法完成不同模值轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)。a)實(shí)現(xiàn)模5的倒計(jì)時(shí)有效狀態(tài)10111100110111101111取非即為 01000011001000010000即 4-3-2-1-0b)實(shí)現(xiàn)模9的倒計(jì)時(shí) 有效狀態(tài)011001111000.1111取非即為 1001100001110110.-0000即 9-8-7-6-5-4-3-2-1-0（2）對(duì)控制個(gè)位輸出的74ls161設(shè)計(jì)本人利用系統(tǒng)的狀態(tài)量q

6、1,q2控制74ls161的置數(shù)端d0d1d2d3。當(dāng)系統(tǒng)處在gr或rg狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是十（模10），即逢十進(jìn)一，當(dāng)系統(tǒng)處在yr或ry狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是五（模5），即逢五進(jìn)一，模10時(shí)，有效狀態(tài)為0110，0111，1000，-1111，置d3d2d1d0為0110，模5時(shí)有效狀態(tài)為1011，1100，1101，1110，1111，置d3d2d1d為1011，由此有，q1q2d3d2d1d0001011010110101011110110所以，d0=d3=/q2 d1=1 d2=q2 當(dāng)狀態(tài)為1111時(shí)，74ls161的狀態(tài)必須跳到進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，此時(shí)進(jìn)位輸出co為1，可給co取非然后接

7、入置數(shù)端ld。對(duì)于使能端ett,etp均接1.（3）對(duì)控制十位輸出的74ls161設(shè)計(jì)。同設(shè)計(jì)控制個(gè)位輸出的74ls161基本類似，本人用系統(tǒng)狀態(tài)量a,b控制十位74ls161的置數(shù)端d3d2d1d0。當(dāng)系統(tǒng)處于gr狀態(tài)時(shí)置d3d2d1d0為1101，當(dāng)系統(tǒng)處于yr或ry時(shí)置d3d2d1d0為1111，當(dāng)系統(tǒng)處于rg時(shí)置d3d2d1d0為1110，有：q1q2d3d2d1d0001101011111101110111111故，d3=d2=1 d1=/(q1q2) d0=/(/q1q2)同理給co2取非接入置數(shù)端ld（4）對(duì)級(jí)聯(lián)的處理當(dāng)計(jì)數(shù)超過(guò)10秒時(shí)，個(gè)位需向十位進(jìn)位，此時(shí)十位計(jì)數(shù)，其它時(shí)間其

8、保持不變，控制十位的使能端ett2,ett2端實(shí)現(xiàn)這一功能，把個(gè)位的co1接入ett2（etp2）,etp2(ett)接1，當(dāng)個(gè)位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，co1為1，則ett2=etp2=1,十位開始計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻co1=0,則ett2=0,etp2=1，十位保持。設(shè)計(jì)時(shí)co2接入主控電路的雙上升沿d觸發(fā)器的clk，當(dāng)完成一次計(jì)時(shí)，co2=0（其它時(shí)刻為1）時(shí)cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計(jì)時(shí)，即系統(tǒng)跳到下一個(gè)狀態(tài)，紅綠燈轉(zhuǎn)換，計(jì)時(shí)器開始下一次計(jì)時(shí)。電路圖如下： 5. 數(shù)字顯示模塊：我們用數(shù)碼管將計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的信號(hào)以數(shù)字倒計(jì)形式顯示出來(lái)，故先用74ls74取非。其中包括接數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74ls48。為了

9、使顯示十位數(shù)的數(shù)碼管為零時(shí)不顯示，須將十位與個(gè)位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)的/lt，/rbi，/(bi/rbo)接1。 記時(shí)部分電路如下： （3）所用的器件： 74ls161 2塊 74ls04 2塊 74ls48 2塊 74ls08 1塊 74ls32 1塊 555 1塊 74ls74 1塊 七段顯示譯碼器 2塊 發(fā)光二極管紅、綠、黃各兩個(gè)，電阻，電容 （4）電路連接步驟1、按照總的電路圖，規(guī)劃電路總布局，以使電路連接簡(jiǎn)單、明了。2、首先一個(gè)模塊一個(gè)模塊連接，連接好一個(gè)模塊，就檢測(cè)一個(gè)，包括芯片，電路板，及導(dǎo)線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測(cè)時(shí)不必要的麻煩。3、整體連接完畢，進(jìn)行調(diào)試，看是否和仿真結(jié)果相同。

10、如有出入，仔細(xì)檢測(cè)電路，查出問題所在。這樣不斷調(diào)試，直到達(dá)到預(yù)期結(jié)果。4、改進(jìn)布線，力求精簡(jiǎn)。（5）電路組裝中發(fā)生的問題及解決方案 剛開始用的電路板因用時(shí)間較長(zhǎng)，插上芯片后均需按住芯片才能工作。這樣造成芯片管腳接觸極為不良。以致問題很多。最終更換了一個(gè)新的面包板。出現(xiàn)以下問題：1、秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路是否產(chǎn)生脈沖把萬(wàn)用表調(diào)到20v電壓檔，萬(wàn)用表負(fù)極接地，正極接555定時(shí)器“3”針腳，剛開始555芯片通電后，電壓總是被拉低，（即將3.6v電壓拉至3.1v）采取的措施是：檢測(cè)555定時(shí)器的引腳是否接對(duì)，電阻和電容是否接正確，均正確時(shí)更換了芯片。且檢查了電路板。，最終此問題至今未搞懂。但過(guò)了些時(shí)間，自動(dòng)正確。2、數(shù)碼管不能正常顯示數(shù)碼管顯示亂碼，我檢查了譯碼芯片74ls48是否接線正常，然后檢查各針腳對(duì)應(yīng)輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管接線