交通燈設(shè)計(jì)數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告-數(shù)電實(shí)驗(yàn)交通燈課設(shè)

-PAGE.z.課程設(shè)計(jì)論文題目：交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作學(xué)院：____專業(yè)：____學(xué)號(hào)：_____姓名：________指導(dǎo)教師：_________完成日期：設(shè)計(jì)任務(wù)書在城鎮(zhèn)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號(hào)燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮表示該條道路上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈定時(shí)控制系統(tǒng)，基本要求如下：（1）甲車道和乙車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒。（2）每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道。（3）黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。選做擴(kuò)展功能：（4）十字路口有數(shù)字顯示燈亮?xí)r間，要求燈亮?xí)r間以秒為單位作減計(jì)數(shù)；（5）要求通行時(shí)間和黃燈亮的時(shí)間均可在0~99s內(nèi)任意設(shè)定。目錄一、交通燈設(shè)計(jì)原理………………4二、單元電路的設(shè)計(jì)……………81、秒脈沖發(fā)生器……………..82、定時(shí)器………………….…..93、控制器…...………………..114、譯碼器……………...……..145、顯示部分………………...166.整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局……………...17三、仿真過(guò)程與效果分析....17四、元器件清單.19五、體會(huì)總結(jié)20六、參考文獻(xiàn).21七、附錄一．交通燈設(shè)計(jì)原理

交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(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。圖中：

TL:表示甲車道或乙車道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，即車輛正常通行的時(shí)間間隔。定時(shí)時(shí)間到，TL=1，否則，TL=0。

TY：表示黃燈亮的時(shí)間間隔為5秒。定時(shí)時(shí)間到，TY=1，否則，TY=0。

ST：表示定時(shí)器到了規(guī)定的時(shí)間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。由它控制定時(shí)器開始下個(gè)工作狀態(tài)的定時(shí)。圖1交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖兩方向車道的交通燈的運(yùn)行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和車道的交通燈是同步的,所以不考慮)，如表1所示表1信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)甲綠，乙紅甲黃，乙紅甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道通行，乙車道禁止通行甲車道緩行，乙車道禁止通行甲車道禁止通行，乙車道通行甲車道禁止通行，乙車道緩行一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

（1）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

（3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過(guò)縣停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。

交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表2所示表2控制工作狀態(tài)及其功能控制器狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲綠，乙紅甲黃，乙紅甲紅，乙綠甲紅，乙黃甲車道通行，乙車道禁止通行甲車道緩行，乙車道禁止通行甲車道禁止通行，乙車道通行甲車禁止道通行，乙車道緩行控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。為簡(jiǎn)便起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定：

AG=1：甲車道綠燈亮；

BG=1：乙車道綠燈亮；

AY=1：甲車道黃燈亮；

BY=1：乙車道黃燈亮；

AR=1：甲車道紅燈亮；

BY=1：乙車道紅燈亮；由此得到交通燈的ASM圖，如圖2所示。設(shè)控制器的初始狀態(tài)為S0（用狀態(tài)框表示S0），當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間小于25秒時(shí)，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當(dāng)S0的持續(xù)時(shí)間等于25秒時(shí)，TL=1，跳轉(zhuǎn)到S1，這時(shí)當(dāng)S1持續(xù)時(shí)間小于5秒時(shí)TY=0，控制器保持S1不變，只有當(dāng)持續(xù)時(shí)間等于5秒時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST（用條件輸出框表示ST），也就是說(shuō)每跳轉(zhuǎn)一次持續(xù)總時(shí)長(zhǎng)為30秒，然后轉(zhuǎn)換到下一個(gè)S2狀態(tài)，滿足條件又跳到S3的總時(shí)長(zhǎng)30秒工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂ASM圖所示表達(dá)的含義。ARBYSTARBYSTAGBR001TYTL1TYTL010011TLARBGSTTYAYBR010011TLARBGSTTYAYBR圖2．畫出交通燈控制器的ASM三．單元電路的設(shè)計(jì)（1）秒脈沖發(fā)生器脈沖信號(hào)發(fā)生器用的是555定時(shí)器構(gòu)成多諧震蕩器，震蕩頻率為：f=1.43/(R1+2R2)C電路圖如下圖：圖3秒脈沖產(chǎn)生器圖4秒脈沖產(chǎn)生器結(jié)果（2）定時(shí)器定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由上面時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供）同步的計(jì)數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào)ST作用下，首先清零，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從0開始進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，向控制器提供模5的定時(shí)信號(hào)TY和模25的定時(shí)信號(hào)TL。計(jì)數(shù)器選用集成電路74LS163進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS163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。其功能表如表所示。表中，LD’為置數(shù)端，RD’為清除端，EP,ET為使能端。圖4則為兩片74LS163連接的定時(shí)電路圖。表374LS163功能表CLKRD’LD’EPET工作狀態(tài)*↑**↑01111*0111****01*011置零預(yù)置數(shù)保持保持（C=0）計(jì)數(shù)圖574LS163組成定時(shí)器電路圖還可以用74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)定時(shí)器。但是由于該芯片不是二進(jìn)制而為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在進(jìn)行拓展是更加方便。其定時(shí)器電路圖如下：圖674LS160組成的定時(shí)器電路圖（3）控制器

控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從ASM圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表12、3所示。選用兩個(gè)D觸發(fā)器做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為TL和TY，當(dāng)控制器處于Q1n+1Q0n+1＝00狀態(tài)時(shí)，如果TL＝0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉(zhuǎn)換到Q1n+1Q0n+1＝01狀態(tài)。這兩種情況與條件TY無(wú)關(guān)，所以用無(wú)關(guān)項(xiàng)"*"表示。其余情況依次類推，同時(shí)表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST。表3控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表根據(jù)表12、3、可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將Q1n+1、Q0n+1和ST為1的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中"1"用原變量表示，"0"用反變量表示，然后將各與項(xiàng)相或，即可得到下面的方程：

根據(jù)以上方程，選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇輸入端作為控制信號(hào)．即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能?？刂破髟韴D如圖7所示。由兩個(gè)雙多路轉(zhuǎn)換器74LS153和一個(gè)雙D觸發(fā)器74LS74組成控制器。觸發(fā)器記錄4種狀態(tài)，多路轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)4種狀態(tài)的相互交換。電路邏輯圖如下：圖7控制器邏輯圖其原理為：CLK分別送給U7A和U7B的3和11的清零端。將TY接入U(xiǎn)4的5和U5的4和5；TY非接入U(xiǎn)4的4；TL接入U(xiǎn)4的10和U5的3和6；TL非接入U(xiǎn)4的13。如上圖所示：74LS74兩個(gè)D觸發(fā)器作為時(shí)序寄存器產(chǎn)生4種狀態(tài)。選用數(shù)據(jù)選擇器74LS153來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)D觸發(fā)器的輸入函數(shù)，將觸發(fā)器的的現(xiàn)態(tài)值加到74LS153的數(shù)據(jù)選擇端作為控制信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)控制器的功能。(4）譯碼器

譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出Q1、Q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表4所示。表4控制器狀態(tài)編碼與信號(hào)燈關(guān)系表Q1Q0AG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈BR紅燈00100001010100011100110010001010通過(guò)與門來(lái)簡(jiǎn)潔翻譯成兩路交通的亮滅，其中，黃燈的閃爍，是通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)的高低電平和Q1，Q0的狀態(tài)控制其亮滅及閃爍。下圖為譯碼器及交通燈部分的電路圖：圖8譯碼器及交通燈電路圖其原理為：將定時(shí)器輸出的TY。TY非；TL。TL非分別作用于控制器的芯片74LS153中，在CLK脈沖置于芯片74LS74中會(huì)輸出高低變化的電平?？刂破髦械男盘?hào)在送給由芯片74LS08組成的譯碼器后再通過(guò)電路中的指示燈和200歐的電阻從而得到交通燈的邏輯電路，這種電路的結(jié)果最終通過(guò)小燈的正常閃爍來(lái)實(shí)現(xiàn)。(5）顯示部分顯示部分由74LS48和共陰極七段數(shù)碼管組成，74LS48作為譯碼器，對(duì)74LS160的輸出信號(hào)進(jìn)行譯碼，然后通過(guò)七段數(shù)碼管顯示出74LS160的計(jì)數(shù)。即交通燈需要顯示的時(shí)間。其設(shè)計(jì)如圖下：圖9顯示部分電路圖(6)整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的布局四．仿真過(guò)程與效果分析1.系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果（1）組裝調(diào)試秒脈沖電路。（2）進(jìn)行定時(shí)電路的組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行增計(jì)時(shí)，當(dāng)增計(jì)時(shí)到25時(shí)，能輸電有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào)。（3）調(diào)試交通燈控制器以及顯示部分。（4）判斷各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求。最終調(diào)試如下：接上電源,便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)間設(shè)為25秒，甲車道方向綠燈亮，行人車輛都可自由通行；乙車道方向車道的紅燈亮，車輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的0秒，以每秒增1，增到25到0時(shí)，甲道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其余燈都不變。從增至5秒又到0后時(shí)甲車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；乙車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。2.實(shí)體電路仿真成功后，按照仿真圖進(jìn)行實(shí)物連接及調(diào)試。調(diào)試過(guò)程如下：（注：調(diào)試的常用儀器有：萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器。）電路通電前的檢查：電子安裝完畢，通常不宜急于通電，要形成這種習(xí)慣，先要仔細(xì)檢查。其檢查內(nèi)容包括：（1）連線是否正確按照實(shí)際線路來(lái)對(duì)照原理圖電路進(jìn)行查線。以元件為中心進(jìn)行查線。把每個(gè)元件引腳的線一次查清，檢查每個(gè)去處在電路圖上是否存在，防止出現(xiàn)錯(cuò)線和少線，多線。同時(shí)對(duì)于已查過(guò)的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記。（2）元器件的安裝情況檢查元器件引腳之間有無(wú)短路和接觸不良，尤其是電源和地腳，發(fā)光二極管"+”、"-”極不要接反。以上檢查完畢后把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量的電源接入電路。觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，包括有無(wú)元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能通電。若無(wú)異常則直接通電。四．元器件清單集成電路74LS741片74LS482片74LS1632片（或74LS1602片）74LS041片74LS082片74LS1532片74LS001片N5551片芯片座若干電容10μF,0.01μF,電阻47KΩ兩個(gè)發(fā)光二極管6個(gè)（紅黃綠各2個(gè)）五．體會(huì)心得通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強(qiáng)了我獨(dú)立思考和合作交流及動(dòng)手能力。通過(guò)每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)加深了對(duì)理論知識(shí)的掌握，同時(shí)在焊接電路板時(shí)，真切的到實(shí)踐和理論并非同一回事，比如在TL和TL非的轉(zhuǎn)換是，我一開始采用的是與門和非門，結(jié)果需要給74LS163高電平信號(hào)才能進(jìn)行循環(huán)，但是在仿真中卻能得出正確結(jié)論，經(jīng)過(guò)多次示波器檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)TL和TL非處出現(xiàn)了不定態(tài)所導(dǎo)致，最后將TL和TL非處的轉(zhuǎn)換變成與非門和非門的連接方式。從這次實(shí)踐中，深深的體會(huì)到了"實(shí)踐出真知”這句話的真正內(nèi)含。同時(shí)在這次實(shí)踐中，加強(qiáng)了對(duì)各種元器件的認(rèn)識(shí)，比如電解電容引腳長(zhǎng)的為正極，集成片該如何放置等，同時(shí)使更加熟練了焊接技術(shù)。還認(rèn)識(shí)到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以是自己設(shè)計(jì)出更好更簡(jiǎn)潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此在實(shí)踐中中的遇到的問題，還可以使自己學(xué)到更多，對(duì)問題理解的更加透徹。比如剛開始時(shí)自己設(shè)計(jì)的仿真電路出問題時(shí)，通過(guò)和