交通信号灯控制器1Word格式.docx
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2．电路功能为：
1）采用两位数码显示器显示南北方向时间；
采用两位数码显示器显示东西方向时间；
2）交通灯控制器工作流程如下：
3．功能扩展
1）可以手动调整和自动控制，夜间黄灯闪耀；
2）自选。
二．设计要求：
1．设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；
2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3．安装、调试电路；
4．写出设计报告。
主要设计条件
1.提供直流稳压电源、示波器；
2.提供TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、实验箱、导线等。
说明书格式
1、课程设计封面；
2、课程设计任务书；
3、说明书目录；
4、设计总体思路，基本原理和框图；
5、单元电路设计（各单元电路图）；
6、总电路设计（总电路图）；
7、安装、调试步骤；
8、故障分析与电路改进；
9、总结与设计调试体会；
10、附录（元器件清单）；
11、参考文献；
12、课程设计成绩评分表。
进度安排
第一周星期一上午安排任务、讲课。
星期一下午---星期二下午查资料、设计
星期三开始
1、计算机仿真
2、测试元器件
3、调试单元电路
4、调试总电路
第二周星期三——星期四
1、调试验收
2、写课程设计报告书
星期五答辩
地点：
实验楼四楼电子综合实验室
参考文献
《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编
《电子技术课程设计指导》彭介华、主编
高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》谢自美主编
华中理工出版社。
目录
一、设计总体思路与基本原理…………………………………6
1．设计思路……………………………………………………6
2．基本原理……………………………………………………6
3．总体设计框图………………………………………………6
二、单元电路的设计………………………………………………7
1.倒计时电路……………………………………………………7
2.步骤控制器设计……………………………………………8
3.交通灯控制电路……………………………………………10
4．总电路设计与电路仿真…………………………………12
三、安装、调试步骤………………………………………………15
四、电路故障分析与电路改进……………………………………16
五、总结与体会……………………………………………………17
六、附录……………………………………………………………19
1、元件清单……………………………………………………19
2、参考文献……………………………………………………19
七、课程设计成绩评分表…………………………………………20
一、设计总体思路，基本原理和框图
根据设计要求，设计一个交通灯信号控制器，南北、东西向交替通行，南北向每次放行60秒，东西向放行30秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。
每次绿灯变红时黄灯先亮3秒。
该交通灯控制系统的设计组成框图如图1所示。
状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过步骤译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发生器产生整个定时系统的时间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。
减法计数器的回零脉冲使步骤控制器完成步骤转换，同时步骤控制器联合逻辑电路确定系统下一个工作状态决定下一次减计数的初始值。
减法计数器的状态由bcd译码器译码，数码管显示。
设计框图如下
时间显示器
秒脉冲
减法计数器
逻辑电路
步骤控制器
交通灯控制电路
图1
二、单元电路设计
1、倒计时电路
将74192的UP端全部接高电位，低位的DOWN端接秒脉冲信号，高位的DOWN端接低位的借位端BO’再与高位的BO’通过一个或门连接高低位的LOAD’。
这样就组成了100进制以内的倒计时计数器，计数到0时置入下一个数。
正常工作时CLR接地。
单元电路如下图所示：
图2
2、步骤控制器设计
根据设计要求，信号发生器频率为1HZ。
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（南北向绿灯亮，东西向红灯亮），S1（南北向黄灯亮，东西向还是红灯），S2（南北向红灯亮，东西向绿灯亮），S3（南北向还红灯亮，东西向黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如图3所示
图4
步骤控制电路主要由74160、74138和一些门电路构成。
74160被做成4进制加法计数器，任何一个计数显示单元发出的借位信号都能使之进入下一步骤。
步骤数传给译码器74138被翻译为高低信号与门电路一起控制交通灯的明灭，也控制着每步需要置的时间值
分别将74160的ENP、ENT端都接高电位，再将输出端QA、QB接入与非门，输出接到置数端LOAD’，即可构成一个四进制加法计数器。
任何倒计时单元电路高位端发出借位信号都能使该计数器加1。
单元电路图如下：
图5
逻辑电路的真值表如下所示：
南北方向
东西方向
高位
低位
A
B
C
D
T
Y0
1
60
63
Y1
3
Y2
33
30
Y3
3、交通灯控制电路
整个交通灯状态分为四部，真值表与状态如图4。
主、支干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。
用1表示灯亮。
用0表示灯不亮。
信号灯信号真值表
状态控制器输出
南北向信号灯
东西向信号灯
Y0’
Y1’
Y2’
Y3’
R（红）
Y（黄）
G（绿）
r（红）
y（黄）
g（绿）
图6
由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：
G=Y0’Y1Y2Y3
Y=Y0Y1’Y2Y3
R=Y0Y1Y2’Y3+Y0Y1Y2Y3’
g=Y0Y1Y2’Y3y=Y0Y1Y2Y3’
r=Y0’Y1Y2Y3+Y0Y1’Y2Y3
据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出交通灯信号控制图，译码器发出的高低电平信号，即为步骤信号，控制着灯党的明灭。
单元电路如图5所示。
图7交通灯状态显示电路图
其中最左端四个非门输入从左至右分别为Y1、Y3、Y1、Y1。
而Y0Y1Y2Y3又是译码器74138的四个输出，所以受状态控制电路的控制。
由于译码器输出是低有效，所以都接了非门使其变成高电平。
这样就可以很好的控制交通灯的显示。
4、总电路设计与电路仿真
（1）.总电路图如下
图8
（2）.电路仿真:
图9:
南北向绿灯亮60秒，东西向红灯。
图10：
南北向黄灯亮3秒，东西向红灯。
图11：
南北向红灯亮，东西向绿灯亮30秒
图12：
南北向红灯，东西向黄灯亮3秒。
三、安装、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
（一）常见的故障现象
在本次课程设计中常见的故障现象：
1、计数器不能正确计数；
2、电路的延时现象使两个计数器不能同时工作；
3、倒计时时间不正确；
4、芯片与各接触点的接触不良问题；
5、计数出现紊乱。
（二）产生故障的原因
故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的故障。
本实验产生故障的原因主要有以下几种：
1）新设计安装的电路来说，故障原因可能是，实际电路与设计的原理图不符；
元器件使用不当或损坏，设计的电路本身就存在某些缺点，不满足技术要求，连线发生短路或断路现象等。
2）仪器使用不正引起的故障；
3）定型芯片使用异端时间后出现故障，元器件损坏，连接线路是发生短路或断路（接插件接触不良）；
4）电路受内在、外在干扰。
五、总结与设计调试心得
经过两周的努力，我终于完成了数电课程设计——交通灯控制电路系统。
通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，已经数字电路的只是和有关器件的使用。
我深刻体会到数字电子技术对我们当代社会发挥在那的重要作用。
刚接到设计任务时，我感觉一头雾水。
因为有一段时间没接触数电了所以对所学的东西开始感到陌生，更何况本次课程设计综合性很强，要求我们发散思维设计电路。
虽然老师讲解指导之后有点头绪了，但一开始我还是不知从何下手。
从图书馆借阅资料后，我参考老师给我们的总体框图，先确定每个模块可能要用到哪些芯片然后熟悉它们的引脚和功能表。
我渐渐地有了头绪：
原来用我们学过的知识就都可以设计出各个模块，只要把每个模块设计好了然后连起来就基本完成了。
在通用倒计时课题的设计中，我用两片74192十进制芯片完成了倒计时的循环计数，这部分并不难，只需注意进位的连接就可以了，这在数电实验中已经掌握了。
而在延时电路这模块中我遇到许多困难，起初是毫无头绪，后来通过老师的指导知道，这模块虽然费时比较长，不过设计成功时是非常开心的，因为我觉得这模块是本课题一大难点。
仿真成功后，在实际接线测试的过程中我们遇到了更多问题。
比如说接线板部分区域损坏或接触不好、芯片损坏、导线老化、线路干扰、外界干扰而造成的显示数据紊乱不稳定，还有就是芯片管脚悬空并不一定是高电平等实际问题。
当我们把所有问题解决后重启电源发现显示器一开始并没清零从第一步开始。
原来我们没有接清零开关进来，而在仿真中不清零也自动从头开始。
接线是一项艰巨的任务，不仅要细致、耐心、坚持，还要静下心来调试。
在这短短两个星期内，遇到困难有过苦恼的时候，但最重要的是我们都克服了。
我们不仅强化了理论知识，也增强了动手能力和解决实际问题的能力。
通过这次课程设计，开阔了我们的眼界，同时也加强了团队合作。
经过这次课程设计，我学到了很多东西。
社会的不断发展电子产品实践使我们认识到我们现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识来充实自己，来适应日新月异的现代社会。
六、附录
1、元件清单
同步十进制加减法计数器74190（2个）
38译码器74LS138（1个）
十进制同步计数器74LS160（1个））
与非门7400N（2个）
非门74LS04（2个）
或门7432N（1个）
555定时器（1个）
指示灯（6个）
导线若干
2、参考文献
《电子技术课程设计》历雅萍易映萍
《电子技术课程设计指导》彭介华主编高等教育出版社
《电子线路设计.实验.测试》谢自美主编华中理工出版社
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性
硬件设计或软件编程完成情况
硬件测试或软件调试结果
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
出勤情况
综合评分
电气与信息工程系课程设计评分表
指导教师签名：
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日期：
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注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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