數(shù)電設(shè)計——交通信號燈控制器

1、 數(shù)字邏輯系統(tǒng) 課程設(shè)計報告題 目： 交通信號燈控制器 專業(yè)、班級： 12級電子工程一班 學生姓名： 學 號： 指導教師： 分 數(shù) : 2014年 1 月 16 日任務(wù)書設(shè)計題目 交通信號燈控制器學生姓名所在院系專業(yè)班級設(shè)計要求： 設(shè)計一個用于十字路口的交通燈控制器。能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠的指示狀態(tài)。 1東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。 2東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。 3南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s。4如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮，禁止該道路的車輛通行，特殊情況過后能恢復(fù)正常。（附加功能）各任務(wù)完成時間：第12周 課設(shè)題

2、目選定第13周 查閱資料，制定方案，系統(tǒng)框圖第14周 設(shè)計單元電路，利用proteus進行電路 仿真，驗證方案第15周 制作電路板第16周 驗收實物第17周 提交課設(shè)報告參考文獻閱讀：1、康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M.第五版.北京；高等教育出版社 20062、辛長平 電工應(yīng)用電路圖說M.電子工業(yè)出版社，20063、謝自美 電子線路設(shè)計.實驗.測驗M.（第三版）.華中科技大學出版社 20004、電子發(fā)燒友論壇、百度文庫、百度搜索等網(wǎng)絡(luò)資源任務(wù)下達時間：2014年12月2日任務(wù)完成時間：2014年1月 15日 指導教師： 學生：目錄 一、設(shè)計任務(wù)目的4二、設(shè)計任務(wù)與要求4 2.1 設(shè)計任務(wù)：

3、42.2設(shè)計要求：4三、設(shè)計方案選取與論證43.1 方案選取理由43.2 方案的可行性、優(yōu)缺點53.3 方案設(shè)計選取5四、電路設(shè)計84.1單元模塊電路設(shè)計94.2 電路總圖12五、制作及調(diào)試過程135.1 裝配和調(diào)試中的問題和解決辦法135.2 調(diào)試結(jié)果135.3 元器件清單14六、結(jié)論146.1 問題分析及解決146.2 心得體會15七、致謝16八、參考文獻16一、設(shè)計任務(wù)目的 1.掌握交通信號燈控制器電路的設(shè)計、組裝。焊接與調(diào)試方法。 2.熟悉并掌握簡單數(shù)字集成電路的設(shè)計和使用方法。二、設(shè)計任務(wù)與要求 2.1 設(shè)計任務(wù)： 設(shè)計一個用于十字路口的交通燈控制器。能顯示十字路口東西、南北兩個方向

4、的紅、黃、綠的指示狀態(tài)。 2.2設(shè)計要求： 東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。 東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。 南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s。如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮，禁止該道路的車 輛通行，特殊情況過后能恢復(fù)正常。（附加功能）三、設(shè)計方案選取與論證 3.1 方案選取理由 該交通燈控制器是分兩條東西、南北的,兩個方面的時間是不同的,東西方向通行15s,南北方向10s,這就要求我們要有兩個計數(shù)器,根據(jù)我自己的經(jīng)驗,東西方向通行15s完,倒計時數(shù)字顯示器會顯示到0,然后切換到南北方向通行10s完之后, 倒計時數(shù)字顯示器也會顯示到0之后然后切換到南

5、北方向,這樣如此循環(huán),用兩片74LS192芯片來構(gòu)成對應(yīng)進制的計數(shù)器,設(shè)計一個16進制和一個11進制的計數(shù)器,可以由于是15和10之間循環(huán)切換,我們可以用利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能來實現(xiàn)兩種進制計數(shù)器之間的切換;當然還有每個方向倒計時只有5s時,黃燈閃,一直到0為止,由于黃燈是當兩個計數(shù)器倒計時到5時開始閃,我們就可以在這時發(fā)出一個脈沖然后一直保持到0,或者是接收0至5這段時間的脈沖都可以控黃燈只在到了這段時間才亮;還有就是一個緊急開關(guān),我們可以控制在出現(xiàn)緊急情況時使用清零端使之清零,并且紅燈直接接到電源,使之一直處于亮的狀態(tài)。3.2 方案的可行性、優(yōu)缺點 可行性：所需材料不多，在學生經(jīng)濟范圍內(nèi)

6、；方案思路邏輯均無問題可以實施；軟件仿真正常。 優(yōu)點：電路整體設(shè)計簡單，邏輯清晰，方便實現(xiàn)。 缺點：用萬用板連線容易出問題，制作繁瑣，容易出現(xiàn)不穩(wěn)定跳變情況。3.3 方案設(shè)計選?。?）分解任務(wù)要求 根據(jù)任務(wù)要求設(shè)系統(tǒng)有以下狀態(tài)：S1:東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s；S2:東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s；S3:南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s；S4:如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。表1：指示燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換表燈電路狀態(tài)S1RS1GS2YS3RS3GS111000S200100S300011S410010注:R，G，Y紅，綠，黃燈；0表示滅燈，1表示亮燈。（2）

7、主電路設(shè)計主電路實現(xiàn)S1S2S3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換， 另外可以在任何一個狀態(tài)進入S4，并能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。實現(xiàn)S115s，S25s，S310s電路采用器件:a、S1-Q3使用2個7473實現(xiàn)T觸發(fā)器功能。JK觸發(fā)器包含SR觸發(fā)器和T觸發(fā)器的功能，J=K=T，則得到T觸發(fā)器。b、S4使用或門、非門實現(xiàn)，從【表1】可知：(不能出現(xiàn)紅綠同時亮的情況)(不能出現(xiàn)紅黃同時亮的情況)(不能出現(xiàn)紅綠同時亮的情況)c、使用74192同步可逆10進制計數(shù)器2個（3）方案分析 表2方案分析表項目實現(xiàn)方法優(yōu)點缺點S1-S32個JK觸發(fā)器下降脈沖觸發(fā)，與時鐘信號匹配S4與門解除緊急（S4）后回到原狀態(tài)T2個74192計數(shù)器

8、容易處理，可顯示數(shù)值（4）系統(tǒng)框圖 總系統(tǒng)框圖四、電路設(shè)計總體模塊設(shè)計4.1單元模塊電路設(shè)計1、 脈沖生成電路： 工作原理：利用555定時器構(gòu)成多諧振蕩電路，產(chǎn)生脈沖。 功能：用555設(shè)計簡單的1HZ脈沖電路。2、 時鐘控制系統(tǒng)： 工作原理：利用74LS192十進制可逆計數(shù)器、74LS48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器 、74LS153數(shù)據(jù)選擇器功能，達到時鐘控制。 功能：使用下降時序，個位、十位兩片74LS192，經(jīng)兩片74LS48連接數(shù)碼管。數(shù)據(jù)狀態(tài)通過判斷條件進入選擇器74LS153。判斷條件成立后執(zhí)行清零。 3、 時序控制： 工作原理：利用74LS73和74LS86（JK觸發(fā)器包含SR觸發(fā)器和

9、T觸發(fā)器的功能）進行狀態(tài)選擇。 功能： 改裝的TFF2個，實現(xiàn)S1S2S3狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 4、判斷時鐘： 功能：判斷74LS192和74LS73的狀態(tài)，滿足條件輸出74LS192的清零使能和74LS73的CLK信號。5、 輸出調(diào)整電路 工作原理：74LS138譯碼功能、以及74LS04、74LS32進行一系列邏輯運算。功能：翻譯S1、S2、S3對應(yīng)LED的5個狀態(tài)：以及輸出調(diào)整。6、 緊急電平開關(guān)控制LED的狀態(tài)。 功能：實現(xiàn)緊急情況時所需雙紅燈顯示。4.2 電路總圖電路完整工作過程描述（總體工作原理）：五、制作及調(diào)試過程5.1 裝配和調(diào)試中的問題和解決辦法（1） 555輸出的脈沖略快與1HZ。

10、分析根據(jù) T=0.7（R1+2R2）C可知 更改電容或電阻，使其盡可能的接近1HZ。調(diào)試后誤差得以減小。（1） 數(shù)碼管不顯示或顯示不全等問題。于是對顯示部分檢查，發(fā)現(xiàn)有些接觸不良的情況。重新焊接固定。調(diào)試后問題不再出現(xiàn)。（2） 數(shù)碼管、LED均顯示，但無狀態(tài)跳變。分析可能是電路正負極短路問題。檢查電路，是否有短路情況，未果。重新焊接一個板，分布焊接、調(diào)試，先接脈沖生成電路時鐘控制部分接時序部分，將脈沖電路接入時鐘控制，方便檢查修改。5.2 調(diào)試結(jié)果首先東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s；接著東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s；然后南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s。三

11、種狀態(tài)循環(huán)。按下緊急事件電平開關(guān)，四個方向紅燈全亮，禁止該道路的車輛通行，特殊情況過后再按一下開關(guān)恢復(fù)正常，繼續(xù)在三種狀態(tài)間循環(huán)。5.3 元器件清單表3元器件清單表序號型號數(shù)量備注174LS042274LS322374LS482474LS731574LS861674LS1381774LS1531874LS19229555110C0.01uF11110uF112R1021339K11451K115LED紅綠黃616開關(guān)1六、結(jié)論6.1 問題分析及解決（2） 在起初的設(shè)計方案中，只把每個狀態(tài)時間控制到一定時間內(nèi)，但未設(shè)置成倒計時。經(jīng)過重新設(shè)計時序部分，最終改成了倒計時。（3） 555輸出的脈沖略快

12、與1HZ。分析根據(jù) T=0.7（R1+2R2）C可知 更改電容或電阻，使其盡可能的接近1HZ，以減小誤差。（4） 當焊完電路調(diào)試時，電路不工作、數(shù)碼管不了、狀態(tài)無法跳變。分析有兩種可能性一是芯片問題，二是電路問題。所以先檢查芯片，發(fā)現(xiàn)74LS48、74LS,153、74LS192都存在問題。最后重新購買了一批芯片，檢測無故障后安裝在電路上。（5） 數(shù)碼管不顯示或顯示不全等問題。分析有兩種可能性一是數(shù)碼管問題，二是電路問題。先是對顯示部分檢查，發(fā)現(xiàn)有些接觸不良的情況。重新焊接固定。（6）數(shù)碼管、LED均顯示，但無狀態(tài)跳變。分析可能是電路正負極短路問題。檢查電路，是否有短路情況，未果。重

13、新焊接一個板，分布焊接、調(diào)試，先接脈沖生成電路時鐘控制部分接時序部分，將脈沖電路接入時鐘控制。將所有芯片的接地接電源并調(diào)試已接電路。然后相繼焊接時序控制、輸出調(diào)整電路、LED燈，每步都進行調(diào)試檢測。這樣方便檢查修改。6.2 心得體會 通過本次數(shù)電課程設(shè)計使對課堂上的理論知識有了更深一步的了解，加強了動手、思考、解決問題的能力，也增強了對數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣。加深了對電子元件的工作原理。能夠熟知它們封裝管腳圖和實現(xiàn)的基本功能并運用。在整個過程中，我根據(jù)自己所學知識設(shè)計出了交通燈控制器的原理圖。其中，經(jīng)過多次修改、優(yōu)化。使我懂得數(shù)電設(shè)計的基本要求和知識，意識到自己還需要加強學習。 本次設(shè)計采

14、用的是萬用板。焊接的過程中，也是考驗焊接功底和細心的過程。只要稍稍不留神就很有可能接錯線和管腳，很有可能由于一時不仔細而導致整個交通燈功能無法實現(xiàn)，而且檢查麻煩，將要花費大量時間去發(fā)現(xiàn)錯誤和排查錯誤，而且最后也有可能是事倍功半！正因如此，在再次焊接時，采用分步法，分模塊焊接分步調(diào)試。通過這次課程設(shè)計，提醒了我在做設(shè)計要有思維嚴謹?shù)目茖W精神，也讓我明白了如果在專業(yè)的路上走下去，這種精神是必不可少。其次，在此次設(shè)計過程中電子設(shè)計軟件，有了進一步的了解和熟悉，同時在電腦的電子設(shè)計和繪圖操作上有了進一步提高。在設(shè)計過程中從遇到問題、發(fā)現(xiàn)問題所在、構(gòu)思解決問題，增強了自我糾錯能力。 此次課程設(shè)計，讓我深

15、感還未完全理解數(shù)字電子技術(shù)上的理論，我還會繼續(xù)學習和研究。在今后的學習中，應(yīng)該結(jié)合實例來學習理論知識。也使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學習生活中，我會努力學習，培養(yǎng)自己獨立思考的能力，積極參加多種設(shè)計活動，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會。七、致謝 本次課程設(shè)計全部工作是在劉康老師悉心指導和同學的熱情幫助下完成的。老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，身體力行的作風使我受益匪淺。在整個課題研究期間，材料查找，方案設(shè)計，仿真圖的繪制與protues軟件的應(yīng)用，一直到電路板的焊接與調(diào)試，都源自老師及同學的指導與探討。在此，謹向老師和同學致以最真摯的謝意！八、參考文獻1、康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M.第五版.北京；高等教育出版社 20062、辛長平 電工應(yīng)用電路圖說M.電子工業(yè)出版社，20063、謝自美