西邮数字电路课程设计交通信号灯Word文档下载推荐.docx
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计
时显
模示
块模
块
交通灯控制系统的4个功能模块
四．单元电路设计
1．时钟产生模块
时钟产生模块的功能是负责产生频率为1Hz的秒脉冲信号，为计时模块提供计数脉冲。
可以用来产生时钟信号的电路有很多，如石英晶体振荡器、RC振荡器、555多谐振荡器等，可以根据频率稳定度和精确度要求选择使用。
我们用的是555多谐振荡器。
如图：
555多谐振荡器
2.状态转换模块
状态转换模块的功能是控制两个方向上信号灯状态的转换。
通常十字路口的交通要道分为主干道和支干道，主干道的通行时间要大于支干道的通行时间。
这里定义主干道的通行时间为30秒，支干道的通行时间为20秒，准备禁止时间为5秒。
根据主干道和支干道的通行状况可以分为4种状态。
S0：
主干道通行30秒，支干道禁行30秒。
（主绿支红）
S1：
主干道准备禁行5秒，支干道禁行5秒（主黄之红）
S2：
主干道禁行20秒，支干道同行20秒。
（主红之绿）
S3：
主干道禁行5秒，支干道准备禁行5秒（主红之黄）
状态转换图如下图：
S0S1
S3S2
采用同步时序电路的设计方法使用两个D触发器可以设计出状态转换模块的电路，一种比较简单的电路如下图所示：
Q1Q0
DQDQ
>
Q’>
Q’
CP
状态转换模块电路图
该电路的状态转移表如下表：
Q1n
Q0n
Q1n+1
Q0n+1
S0
S1
S2
S3
1
状态转换模块的输入脉冲信号CP是由计时模块提供的反馈信号。
状态转换模块的输出有两个用途：
第一，控制主干道和支干道信号灯的状态；
第二，为计时模块的置数单元提供输入信号。
3．计时模块
计时模块是交通灯控制系统的重要组成部件，它主要负责完成十字路口主、支干道4种通行状态的计时，分别为：
S0（主绿支红）状态30秒；
S1（主黄支红）状态5秒；
S2（主红支绿）状态20秒；
S3（主红支黄）状态5秒。
计时模块由两部分组成，分别为置数单元和计时单元。
置数单元根据当前所处状态，为计时单元提供对应的置数信号，作为开始计时的原始时间。
计时单元以时钟产生模块提供的秒脉冲信号为基准进行计时，其输出信号有3路，第一路输出信号送往显示电路，驱动LED数码管显示计时时间；
第二路输出信号作为反馈信号送往状态转换模块，作为状态转换模块的输入脉冲CP；
第三路输出信号作为锁存信号，送往信号灯显示单元的锁存电路，以确定信号灯状态的稳定切换。
计时单元采用倒计时方式。
各状态下的计时状况如下：
S0状态下30秒倒计时；
S1状态下5秒倒计时；
S2状态下20秒倒计时；
S3状态下5秒倒计时。
置数单元为计时单元提供计时起始值。
在不同状态下，计时单元的计时起始值是不同的。
我们知道，状态转换模块为各个状态提供了不同的状态编码，这就为置数单元实现其功能提供了便利。
有了这些状态编码作为输入信号，置数单元就可以通过一套逻辑算法，将其转换为不同状态下的计时起始值。
如下表列出了个状态下置数单元的输入输出关系。
状态
输入信号
I1I0
输出信号
D7D6D5D4D3D2D1D0
S0状态
00
11010110
S1状态
01
11111011
S2状态
11
11100110
S3状态
10
设输入变量为I1、I0，输出变量为D7~D0,，则输出逻辑表达式为：
D7=D6=D1=1；
D5=I1+I0；
D4=I1I0的非；
D3=D2的非=D0=I1异或I0；
采用普通逻辑门可以设计出置数单元的逻辑电路图，如下图：
置数单元的电路图
为了完成计时初始值的设置，需要利用计数器的同步置数功能，在状态切换的时候，同步地讲计时初始值置入到计时单元的计数器种。
这样，在新的状态开始时，计时单元将以新设定的计时初始值为基点开始倒计时。
计时单元主要由两片集成同步二进制计数器74LS161构成，利用反馈置数法完成固定模值的计数。
当计数状态到达11111111时，RCO1和RCO0同时由0变为1，此时可以取二者的与非作为反馈置数信号进行置数，讲D7~D0端的数据置入到芯片中，计数单元的电路图如下：
4.显示模块
显示模块的主要器件包括两组信号灯，两个数码管，以及数码管驱动芯片74LS48。
按照功能可以分为两个单元：
信号灯单元、数码管显示单元。
（1）信号灯显示单元由锁存电路、代码变换电路，以及两组3种颜色共6个发光二极管构成。
工作过程受状态转换模块和计时模块的控制，其中，状态转换模块为信号灯控制单元提供状态数据，计时模块为信号灯显示单元提供锁存信号。
锁存电路对状态转换模块的输出进行采样和锁存，以保证信号灯状态的稳定切换。
DQQ1’
状态转换模块的Q1>
Q’Q1’的非
来自计时模块的锁存信号
DQQ0’
状态转换模块的Q0>
Q’Q0’的非
锁存电路的四路输出直接送往代码变换电路，由该电路将状态编码换算成主干道和支干道上的信号灯状态，进而控制发光二极管电路，这样就可以实现交通灯状态的显示了。
状态编码到信号灯状态的变换关系
Q1’Q0’
主干道RYG
支干道RYG
00
01
11
10
001
010
100
由上表得：
主干道：
R=Q1’
Y=Q1’的非与Q0’
（G=Q1’的非）与（Q0’的非）
支干道：
R=Q1’的非
Y=Q1’与（Q0’的非）
G=Q1’Q0’
电路图如下：
上图需接一个限流电阻来保护发光二极管。
（2）数码管显示单元负责倒计时在数码管上显示，数码管的公共端也要接一个限流电阻。
数码管显示单元电路图
5.总电路图
五.电路组装、调试过程中遇到的问题及解决办法和注意事项
1.数码管显示紊乱
故障现象：
计时控制部分独立工作时正常，接入彩灯控制显示部分反馈后出现逻辑错误。
检查步骤：
（1）检查电路各部分电路连接是否正常，部分管脚接触不良，按压芯片，使其完全解除故障仍未解除；
（2）检测各输入、输出端口电压，部分管脚出现错误电平；
（3）分析错误电平产生原因，无反馈回路，反相器输入正常，输出为错误电平，疑是74LS04反相器芯片自身故障。
解决方案：
更换故障芯片，数码管显示正常，重新检测各点电平值，无错误电平出现。
2.注意事项
（1）电路设计尽可能简化，做到模块化；
（2）组装电路时，先单独组装振荡电路，测试无误后，再组装其他模块；
（3）每个单元电路先独立组装，独立测试，功能正确后，单元电路之间才能互连；
（4）所有数码管都要接限流电阻，所有发光二极管都要接限流电阻。
阻值在100－500Ω之间；
（5）所有器件的多余输入端不允许悬空，请按实际情况做合适的处理；
（6）电路上电之前必须先进行静态测试，用万用表的电阻档测，所有的电源要连通，所有的地线要连通。
电源和地之间的电阻应该在几kΩ以上，若电源和地之间的电阻过小，请不要加电，先检查电路是否有短路；
（7）电路中的高电平正常情况下>
3V，低电平正常情况下<
0.4V。
介于二者之间的电平为非正常电平，会造成逻辑错误
（8）严禁带电插、拔元件及导线。
六．心得体会
为时12天的数字逻辑电路课程设计已经圆满结束，犹如白驹过隙，如今我已在忙碌着写总结报告，回想起实习过程，每个瞬间都是历历在目。
6月3日，也就课程设计第一天，心潮澎湃的我赶忙奔赴实验室，第一节课，指导老师分配了三个小组不同的课题，我做的是交通灯控制，对我来说就是任务，必须完成的任务，然后详细讲解了每个课题的内容，设计过程，需要什么资料等，第一天任务不重，然后学生各自就赶往图书馆查阅资料，第一天我也挺迷茫的，不知如何设计，不过还是听懂了老师所讲的555多谐振荡器，它用来提供脉冲信号。
然后一天接着一天很快就闪过，到了周三上午还是没有什么大的进展，只是弄好了振荡电路，自己也开始着急了，可能是资料阅读的少，头脑没有整体的规划，经过认真思考，自己复印了一些资料感觉挺有用，这才开始动手设计各功能模块，接着从周三到周五就一直忙着连接电路、布线、测试，电路连接了一次又一次，成功的喜悦似乎不能在我脸上出现，接下来的三天是最煎熬的，每次成功搭好电路然后加上电源，唯一闪亮的也就是脉冲模块了，这点闪烁肯定不能满足我的欲望，埋头苦干继续搭建我未来的基石，这两天可能是实习中最忙碌的时期，看着别的同学成功的喜悦，我知道自己还没有到那一步，等着我的还是继续努力，在这两天有晚上熬到两点，一天吃一顿饭的经历。
周六那天下着大雨，虽然没有雨后的彩虹，但我知道我自己是可以看见的，终于，第二天，周末，在中午放学前，我看见彩虹了，它是有三种颜色在规定时间变换，是信号灯。
接下来我在端午节假期选做了交通灯中断电路，成功地在第二周周四通过验收，完成任务。
虽然我的理论知识不是最好的，但是我相信我的态度是最积极的。
在此感谢指导老师的悉心指导，无私奋献！
七．附录
1.实验器材：
器件型号
数量
161
3
LED
8
139
电阻4.7k
86
电阻150k
20
电阻100Ω
4
08
电容4.7µ
F
04
电容103
2
数码管
48
面包板
74
斜口钳
555
2.参考文献：
（1）《数字电路与逻辑设计（脉冲与数字电路）第三版》王毓银主编高等教育出版社1999年
（2）《数字电路实验指导》（西安邮电学院电子与信息工程系）
张亚婷王利杨乐周丽娟郭华编
西安邮电大学数字逻辑课程设计过程考核及成绩鉴定表
班级/学号
承担任务实验室（单位）
电路与电子技术基础教学部
所在部门
实施时间
2012年6月18日—2012年6月29日
课程设计过程
要求
优
良
中
及格
不及格
电路功能
主控电路，两路交通灯显示正确
减法计数功能正确
灯、时同步正确
特殊情况处理正确
其它
电路质量
电路运行稳定
元件布局合理
连线简洁
回答问题
分析问题、解决问题能力
电路原理清楚，能抓住重点
设计报告
设计思路清晰、图表齐全、各部分电路说明正确。
学习态度
□认真□一般□差
学习纪律
□好□一般□差
实习综合成绩
□优秀□良好□中等□及格□不及格
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