交通燈課程設(shè)計

1、第一章 設(shè)計目的和要求1.設(shè)計目的 （1）掌握主、支干道十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計方法 （2）掌握定時電路、計數(shù)譯碼顯示、秒脈沖發(fā)生器等電路的設(shè)計方法 （3）熟悉中規(guī)模集成計數(shù)器CD4029的功能，并能正確應(yīng)用。2.設(shè)計要求 (1)主、支干道交替通行，主干道每次放行30s，支干道每次放行20s。 （2）綠燈亮表示可以通行，紅燈亮表示禁止通行。 （3）每次綠燈變紅時黃燈先亮5s（此時另一干道的紅燈不變）。 （4）十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間,要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均以秒為單位進(jìn)行減計數(shù)。 （5）在黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。 （6）要求

2、主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在0-99s內(nèi)任意設(shè)定。 （7）用發(fā)光二極管模擬紅綠黃交通燈。 第二章 設(shè)計方案比較及選擇 基于設(shè)計目的與設(shè)計任務(wù)，我設(shè)計了兩種方案實現(xiàn)紅綠交通燈控制方案。以下是這兩種方案的說明與比較。（1） 方案說明： 方案一： 采用1個雙向移位寄存器74LS194來實現(xiàn)狀態(tài)控制電路。輸出端Q0接綠燈2，Q1接黃燈2，再將Q0與Q1相或接紅燈1。首先將Q0置為1，Q1、Q2、Q3置為0，使綠燈2與紅燈1先亮，接著進(jìn)行移位，使黃燈2和紅燈1亮。同樣的，將Q2、Q3分別接綠燈1和黃燈1，Q2、Q3相或接紅燈2，實現(xiàn)另一路交通燈的控制。 倒計時計數(shù)電路，此方案采用2片74LS1

3、92來實現(xiàn)。將綠燈1與綠燈2相或接到74LS192的LD端，通過對74LS192置數(shù)“0010，0000”（20）來實現(xiàn)綠燈的倒計時計數(shù)。 對于顯示電路，此方案采用4片74LS48與4片LED，與計數(shù)器74LS192的綜合使用來實現(xiàn)。 采用2片74LS161以及若干與門、與非門、或門來實現(xiàn)延時電路。此部分采用32進(jìn)制，首先輸出一個脈沖，延時為20秒，接著輸出另一個脈沖，延時為10秒，此時，將Y2通過非門連接到74LS161的CR端，來實現(xiàn)清零功能。使用電路選取前30種狀態(tài)，將后兩種狀態(tài)排除，實現(xiàn)交通燈30秒的計時功能（綠燈20秒+黃燈10秒）。 該部分功能完成之后，將Y1與Y2相或，接到狀態(tài)控

4、制電路。此部分電路原理圖如下： 方案一延時電路 方案二： 采用2雙向移位寄存器74LS194來實現(xiàn)狀態(tài)控制電路。首先對其進(jìn)行置數(shù)，將Q0的值置為1，Q1、Q2、Q3的值置為0，將Q0與Q1用或門相接，接到綠燈1，再與Q2相或，接到紅燈2，將Q2接到黃燈1。同樣的，將低位的74LS194的Q0-Q1端接到相應(yīng)的交通燈上，接著將M1M0置為“01”，實現(xiàn)移位功能，實現(xiàn)狀態(tài)控制電路。 倒計時計數(shù)電路，此方案采用4片74LS192來實現(xiàn)，一路綠燈用2片74LS192實現(xiàn)。將綠燈1和綠燈2分別接到74LS192的LD端，將其置數(shù)為“0010，0000”（20），來實現(xiàn)綠燈的倒計時計數(shù)功能。 顯示電路則采

5、用4片74LS48與4片LED，與計數(shù)器74LS192的綜合使用來實現(xiàn)。 采用1片74LS161以及一個與非門來實現(xiàn)延時電路，此部分電路相當(dāng)于將1HZ的CP放大10倍，接到狀態(tài)控制電路。電路原理圖如下所示： <二>方案比較： 方案一的狀態(tài)控制電路與倒計時計數(shù)功能采用74LS194以及74LS192，易實現(xiàn)，與方案二一樣。但是方案一的延時電路較方案二來說，更為復(fù)雜一點，用到的芯片較多，接線更為復(fù)雜，比較不容易掌握和理解，而方案二的延時電路只用了一片74LD161及一個與非門就可以實現(xiàn)，比較容易。相較之下，我采用方案二來實現(xiàn)此次的交通燈控制電路。 第三章 總體功能說明 1.電路工作總體

6、框圖 顯示器譯碼器計數(shù)器時鐘信號發(fā)生器支干道信號燈信號燈譯碼驅(qū)動電路主干道信號燈主控電路 交通燈控制電路主要由以下幾部分構(gòu)成，分別為時序脈沖產(chǎn)生和分頻電路、綠燈計時電路、綠黃燈初值預(yù)置電路、狀態(tài)控制電路、顯示電路等部分構(gòu)成。狀態(tài)控制器是系統(tǒng)的核心部分，由它決定交通燈處于哪一個運行狀態(tài)。從而使相應(yīng)的交通燈點亮，并決定下一個狀態(tài)的預(yù)置電路該預(yù)置的綠燈和黃燈的預(yù)置值。狀態(tài)控制電路是由寄存器74LS194來實現(xiàn)的。首先進(jìn)行置數(shù)。將1（高電平）送給高位的Q0，使綠燈1、黃燈1、綠燈2、黃燈2在當(dāng)前狀態(tài)計時結(jié)束后，計數(shù)器置入下一個狀態(tài)計數(shù)值并開始計數(shù)，如此循環(huán)往復(fù)。綠燈1和黃燈1亮?xí)r紅燈2亮，綠燈2和黃燈

7、2亮?xí)r紅燈1亮。當(dāng)綠燈亮?xí)r，紅燈顯示時間和綠燈同步；當(dāng)黃燈亮?xí)r，紅燈顯示時間為綠燈的值與黃燈的值相加。其他單元在狀態(tài)控制電路的狀態(tài)控制下有序的完成計時和計數(shù)轉(zhuǎn)換。 假定當(dāng)前狀態(tài)如綠燈亮?xí)r，結(jié)果分析如下：將綠燈的輸入端接到計數(shù)器，對綠燈的亮燈時間進(jìn)行計數(shù)，然后顯示輸出。綠燈熄滅時，數(shù)碼管LED滅；綠燈亮?xí)r，計時器從20秒開始倒計時，此時，另一路的紅燈亮。當(dāng)計時遞減到0時，狀態(tài)控制器進(jìn)入下一個狀態(tài)，當(dāng)另一路的綠燈亮?xí)r，計數(shù)器、顯示器執(zhí)行上述的功能，如此周而復(fù)始，完成交通燈的顯示過程。第四章 各單元電路圖及功能說明 1.時序脈沖產(chǎn)生和分頻電路a) 電路原理圖 時序脈沖產(chǎn)生電路原理圖 b) 功能說明

8、時序電路是數(shù)字系統(tǒng)不可缺少的一個重要組成部分，因為數(shù)字電路只有在時鐘電路的驅(qū)動下才可正常工作。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，不同數(shù)字電路選擇使用不同類型的時鐘發(fā)生器。因為交通燈控制系統(tǒng)的秒信號精度不高，故選用555定時器。 c) 所需器件 555芯片一個 51K、39K電阻各一個 10UF、0.01UF電容器各一個 非門芯片74LS04一個 d) 芯片引腳圖2  b) 功能說明 倒計時計數(shù)電路主要由計數(shù)器構(gòu)成，它在整個系統(tǒng)設(shè)計中的作用是實現(xiàn)計時計數(shù)，在此我選用減法計數(shù)器，因為本設(shè)計說明計時時間可預(yù)設(shè)，所以需要可預(yù)置數(shù)的計數(shù)器，綜合以上要求，采用74LS192。當(dāng)交通燈控制系統(tǒng)開始工作時，該部分

9、電路將實現(xiàn)各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換功能。首先，將數(shù)碼管顯示一路綠燈的預(yù)值（20秒），預(yù)值：0010，0000；當(dāng)其減到0時，計數(shù)器產(chǎn)生借位，此時綠燈滅。直到此綠燈再次亮?xí)r，重復(fù)上述轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)倒計時計數(shù)。將綠燈的輸出接到芯片的LD端，實現(xiàn)倒計時計數(shù)，CR端置0；CPD接1HZ的脈沖信號。Q3、Q2、Q1、Q0端分別接顯示74LS48的A3、A2、A1、A0端。 c) 所需器件 74LS192 計數(shù)器 D) 芯片引腳圖3狀態(tài)控制電路 a) 電路原理圖 b) 功能說明 74LS194為雙向移位寄存器，當(dāng)M1M0置為“11”時，首先對其進(jìn)行置數(shù)，將Q0的值置為1，其余的置為0，再將Q0與Q1用或門相接，接到

10、綠燈1，再與Q2相或，送給紅燈2，Q2送給黃燈1；同樣的，將低位的74LS194的Q0-Q3端接到相應(yīng)的交通燈。接著將M1M0置為“01”，實現(xiàn)移位功能，通過與或門芯片74LS32連用，實現(xiàn)交通燈循環(huán)亮燈的控制功能。 c)所需器件 74LS194芯片-雙向移位寄存器 74LS32芯片 -2輸入端4或門芯片引腳圖4. 顯示電路 a)電路原理圖 b)功能說明 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器。它具有集電極開路輸出結(jié)構(gòu)，可以直接驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。因此，我選用74LS48來實現(xiàn)此部分功能。 將74LS48的4個輸入端A3、A2、A1、A0分別與計數(shù)器74LS192的輸出端Q3、Q2、

11、Q1、Q0相接，再將它的7個輸出端接到數(shù)碼管對應(yīng)的引腳上，用來控制七段LED顯示器的7個發(fā)光段。通過各芯片的綜合使用，來實現(xiàn)顯示功能。 c)所需器件 74LS48 -七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器 LED數(shù)碼顯示器d) 芯片引腳圖e)第五章 裝配調(diào)試 （一）調(diào)試過程 1.在課程設(shè)計過程中，一開始由于思路不清晰，不清楚各種集成芯片的功能，被各種芯片的功能搞得頭暈?zāi)X漲。不同的芯片可以用來實現(xiàn)同一種功能，因此只能在了解了各芯片的具體功能以及設(shè)計要求之后，進(jìn)行比較，選擇符合要求的芯片來實現(xiàn)。2.在第一階段設(shè)計交通燈的循環(huán)時，將雙向移位寄存器74LS194的左循環(huán)與右循環(huán)（Dsr與Dfl）接錯了，將低位的Dsr

12、接到高位的Dfl，導(dǎo)致交通燈不亮，經(jīng)過檢查之后，解決了這一問題。對于74LS194，當(dāng)M1M0置位“11”時，會實現(xiàn)送數(shù)功能，即將輸入端D0-D3的值相應(yīng)的送給Q0-Q3實現(xiàn)初值的設(shè)定。當(dāng)電路接好之后，通上電源，接上脈沖信號，發(fā)現(xiàn)綠燈1以及紅燈2不亮，用萬用表對電路各引腳的電位進(jìn)行測量之后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)M1M0置位“11”時，沒有實現(xiàn)送數(shù)功能，因此燈不亮。所以，我們認(rèn)為是74LS194壞了，換了一個芯片之后，解決了這一問題。 測試結(jié)果：綠燈1亮>黃燈1亮>綠燈2亮>黃燈2亮 紅燈2亮 紅燈1亮 3.第三階段做一盞燈的倒計時計數(shù)電路時，計時器顯示從20秒到00秒，當(dāng)綠燈不亮?xí)r，LED

13、顯示的是20（初態(tài)），為了將此時的LED顯示滅掉，在與同學(xué)討論研究之后，將74LS48的第四個引腳RI/IRBO接到綠燈，將綠燈不亮?xí)r的LED顯示滅掉。 測試結(jié)果：LED顯示倒計時，從20>19>>01>00,綠燈滅時，不顯示數(shù)字。 4.第三階段另一路綠燈的倒計時計數(shù)電路時，當(dāng)電路接好之后，發(fā)現(xiàn)十位數(shù)的數(shù)字不顯示，只顯示了個位數(shù)，用萬用表檢測之后，發(fā)現(xiàn)高位的74LS192的接觸不好，致使無法顯示。通過調(diào)整，將74LS194芯片固定好之后，可顯示十位數(shù)數(shù)字。 調(diào)試結(jié)果：LED顯示綠燈2倒計時，從20>19>>01>00，綠燈滅時，不顯示數(shù)字。 5.

14、第四階段實現(xiàn)兩路交通燈的倒計時。循環(huán)控制時，由于各導(dǎo)線接觸不好以及接電源接地等步驟的漏掉，導(dǎo)致了一些問題，經(jīng)過檢查之后，發(fā)現(xiàn)并解決了問題，使電路完成了它的整體功能。 6.震蕩電路的設(shè)計中，將555芯片的接地端接錯了，導(dǎo)致電路無信號輸入，在對照了芯片的引腳圖之后，將接地端改正。 7.接好電路將脈沖接到電路中時，發(fā)現(xiàn)只有一路的綠燈倒計時功能正常完成，而另一路的倒計時功能出現(xiàn)異常，倒計時從20>18>16>14倒計，后來在將CP接到電路之前先接一個與非門，排除了這個異常現(xiàn)象，整個設(shè)計到此基本實現(xiàn)，各電路的功能都正常完成。 8.主控制器的4種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅、黃、綠燈的亮與

15、滅。設(shè)燈亮為1，燈滅為0，則控制信號燈的譯碼電路的真值表。 表控制信號燈的譯碼電路的真值表主控制器狀態(tài)主干道支干道 X1 X0紅燈R 黃燈Y 綠燈G紅燈r 黃燈y 綠燈gS0 0 0 S1 0 1S2 1 0S3 1 1 001010100100100100001010總結(jié) 在接受此課題后，感覺十分困難，因為自己的數(shù)電知識并不是很好，一頭茫然??！而且自己對于課程設(shè)計知識一點不懂，萬事開頭難嘛，我和小組的同學(xué)一起查資料，一起在網(wǎng)上查資料，順利完成了此課題的基本任務(wù)！ 學(xué)了一個學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)課程，直到這次課程設(shè)計時，才發(fā)現(xiàn)，原來自己掌握的知識那么有限，能夠運用到實際中的知識更是少之又少，實在是

16、慚愧。平時，我們都只是學(xué)習(xí)原理知識，但是沒有進(jìn)行實踐。許多知識學(xué)了就忘，很難將他們長期的保存在腦海中。所以說，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。一切事物，對與不對，都需要通過實踐來證明。同時，實踐還是真正掌握知識、掌握技能的重要途徑，一切的成就都來源于實踐，空想是行不通的。 通過這次課程設(shè)計，我不僅學(xué)會了如何做課程設(shè)計，而且也學(xué)會了和同學(xué)們的團(tuán)結(jié)共進(jìn)，整個設(shè)計我都參與其中，這令我的分析設(shè)計以及動手能力有了很大的提高，培養(yǎng)了我思考問題的全面性；讓我明白，做學(xué)問要有一絲不茍的態(tài)度，遇到困難要有勇往直前的精神，做事情要有耐心和毅力，工作中要學(xué)會與人合作，認(rèn)真聽取他人意見，這樣做事情才會順手、順心，舉得事倍功半的效果。 課本知識固然重要，但是實踐環(huán)節(jié)也是比不可少的，希望平時能夠多提供一些實踐動手環(huán)節(jié)，拓展我們多方面的思維， 還要鍛煉我們平時的團(tuán)結(jié)能力，大家一個小組要學(xué)會討論，團(tuán)結(jié)共進(jìn)！ 參考文獻(xiàn) 數(shù)字電子技術(shù) 楊志忠 編著 高等教育電