数字电路课程设计模板.docx
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数字电路课程设计模板
洛阳理工学院
课程设计报告
脉冲与数字电路
课程名称___________________________________
交通信号灯控制器
设计题目___________________________________
通信工程
专业___________________________________
B110509
班级___________________________________
B1
学号___________________________________
姓名___________________________________
2013年6月21日
完成日期___________________________________
课程设计任务书
交通信号灯控制器
设计题目：
_______________________________________________
_________________________________________________________
设计内容与要求：
〖基本要求〗:
用数字电路实现下面功能
要求：
1）增加自动夜间开关功能，黄灯亮
2）增加手动功能，方便盲人通过。
〖提高要求〗
1）要求显示剩余时间
指导教师：
赵国增、任波
2013年6月10日
课程设计评语
成绩：
指导教师：
_______________
年月日
目录
前言……………………………………………………………………………1
一．原理及框图…………………………………………………………………2
二．电路设计…………………………………………………………………3
2.1状态控制器设计…………………………………………………………3
2.2交通灯状态显示及置数控制电路………………………………………6
2.3交通灯定时电路及总电路图……………………………………………9
2.4仿真………………………………………………………………………10
3.安装与调试步骤……………………………………………………………12
4.电路故障分析及电路改进…………………………………………………12
五．验器件清单…………………………………………………………………13
六．总结与设计心得……………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………………15
前言
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分
不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。
在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！
随着我国城市化建设的发展，越来越多新兴城市的出现，使得城市交通成为了一个绝对主要的问题。
同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。
因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。
而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。
于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。
所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术,比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。
随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。
对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。
一.设计原理及框图
本次设计的交通灯控制器原理框图如图1.1所示：
图中看出此次设计主要3个大部分组成：
1.脉冲产生电路。
设置好参数R1,R2和C就可以产生交通灯控制器所需要的1秒的脉冲。
2.系统控制电路。
选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
3.显示部分电路。
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制）
二.单元电路设计
1、状态控制器设计
根据设计要求，用555定时器设计信号源。
频率为1HZ。
如图：
T1=（R1+2R2）*ln2*C（其中R1=10K,R2=4.7K,C=1000µf,结果T1大概为1秒）
根据设计要求，各信号灯工作顺序流程如图2，信号灯四种不同状态分别用S0（主干道绿灯亮，支干道红灯亮），S1（主干道黄灯亮，支干道还是红灯），S2（主干道红灯亮，支干道绿灯亮），S3（主干道还红灯亮，支干道黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图3所示。
图3
根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，用2个3线8线译码器74190译码器与显示电路相连。
电路图如下。
其中74190的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74190的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。
当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲，经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74190的QA,QB端经过一个与非门接其置数端，当QA，QB同时为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环，同时QA，QB的变化经过译码器74190后控制整个电路及交通灯的循环。
2.交通灯状态显示及置数控制电路
1>.分频器
图1.5分频信号产生电路
因十字路口每个方向绿、黄、红灯所亮时间比例分别为5:
1:
6,总时间假设为36秒所以选择4秒为单位时间,通过图1.3可以知道秒脉冲通过它之后产生了4倍分频。
（T=4T1=4秒）
2>.计数器（74ls164）
图1.6引脚图图1.7真值表
用74LS164八位移位寄存器引脚A,B与引脚Qe,Qf相连接组成扭环形12进制计数器来与各种门电路相连后来控制发光二极管亮的顺序。
74ls164的管脚10（既是引脚Q4）,11（既是引脚Q5）和管脚9（既是引脚CR）与74ls11相连后在与东西方向的绿的发光二极管相连控制绿灯；74ls164的管脚10通过非门74ls04与管脚11都接到74ls08上在与74ls164的管脚9都接到74ls32异或门上在与东西方向上的黄的发光二极管上相连来控制黄灯；74ls164的管脚11通过74ls04非门与管脚9都连接到74ls08与门上与东西方向的红的发光二极管相连来控制红灯。
74ls164的管脚10,11都与74ls04非门相连接后与管脚9都连接到74ls11上在与南北方向的绿的发光二极管相连来控制绿灯；74ls164的管脚11通过74ls04非门与管脚10都连接到74ls08与门然后和管脚9通过非门都连接到74ls32异或门上之后与南北方向的黄的发光二极管相连来控制黄灯；74ls164的管脚11与管脚9连接到与门上后与南北方向的红的发光二极管相连后控制红灯。
也就是说通过各种门电路与74ls164按设计要求的各种连接可以控制发光二极管的发光的顺序。
3>74LS161
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：
<74ls161引脚图>
管脚图介绍：
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.（TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET）
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
0
0
0
0
1
↑
0
Ф
Ф
d
c
b
a
d
c
b
a
1
↑
1
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
Ф
0
Ф
Ф
Ф
Ф
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
1
1
Ф
Ф
Ф
Ф
状态码加1
<74LS161功能表>
从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
3交通灯定时电路及总电路图
4.仿真图
南北向绿灯，东西向红灯30秒，
南北向黄灯，东西向红灯6秒
南北向红灯，东西向绿灯30秒
南北向红灯，东西向黄灯6秒
三．安装与调试步骤
1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求，仿真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以要仔细看清每条线的走向。
并确定仿真图中的元器件是否在学校实验中心可以找到。
若不能则要重新修改电路图。
要
2、按照仿真图，到实验中心领取所需的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用，
3、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个部件是否完好，特别是显示管，因为显示管特别容易烧坏，再测验一下芯片插槽是否连结完好，第三，测线，用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好，第四，测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。
4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电路比较复杂。
第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。
5、调试，当接完所有的线后，打开电源，调试、验证电路是否符合要求。
6、验收，当电路完全符合要求且正确时，可让指导老师验收并考虑做拓展功能。
四、电路故障分析及电路改进
故障：
在连接好电路图后发现，所置的数并不是所要的数，计数器倒计时到0后，便不动了，
分析：
可能是减法计数器的置数连接错误，且与借位端相连的控制状态电路端接触不好。
仿真软件与实际存在差异，如实际中当某个芯片的管脚悬空时，系统默认为高电平1。
在我们所用的仿真软件EWB512中却默认为0。
这就直接影响置数的结果。
以及高有效的控制端。
五．实验器件清单
同步十进制加减法计数器74190（4个）
74161
74164
5V直流稳压电源
与门
与非门
或非门
非门
555定时器（1个）
指示灯
电容
电阻
导线若干
六、总结与设计调试心得
我对课程设计还是比较感兴趣的，当我真正了解课程设计要求后，心里彻底没底了。
我数字电子技术本来就没学好，现在就要设计，真心不会，在网上找了关于课程设计的论文，花了几天天时间，才把设计原理和元件及逻辑关系搞懂一点点，我摸清了交通灯控制系统的大概思路后，我开始自己做，真是看别人做容易，自己做却步履维艰啊，一连两天，我都没完全设计好我的电路图，总是感觉置数有问题，后来，我询问了好些同学才知道，在做仿真时有些芯片的功能与实际是不一样的。
经过多方求教，我总算做好了我的仿真图。
经过这周的课程设计，我感觉非常的累，因为我这周在尽我最大的努力在搞学习，虽然效率不高，但我确实在做，这周我确实学到了很多东西，如会用仿真软件了，也学到了许多芯片的功能如：
74192、74164.74161等等，通过这次设计，我知道了理论与实际其实有很大的区别，如在仿真作出的电路图，如导线的接触是否完好啊，接触电阻是否过大啊，以及外界电磁对电路脉冲的影响啊,以及芯片插槽是否连结完好等都要考虑。
但有一点可以确定，那就是只要你用心去做，你一定会受益匪浅。
参考文献
[1]朱勇．数字逻．北京：
中国铁道出版社，2007．
[2]康华光.电子技术基础：
数字部分.4版.北京：
高等教育出版社.2000.
[3]阎石.数字电子技术基础高等教育出版社2006.5．
[4]郑家龙.集成电子技术基础教程.北京：
高等教育出版社2002.
[5]陈晰.数字电路试验技术基础.北京：
电子工业出版社，1999.
[6]郝波.数字电子技术，西安：
西安电子科技大学出版社，2004．
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