简易交通灯电路设计.docx
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简易交通灯电路设计
课程设计说明书
课程设计名称：
数字逻辑课程设计
课程设计题目：
简易交通灯电路设计
学院名称：
信息工程学院
专业：
计算机科学与技术班级：
080611
学号：
08061112姓名：
王威
评分：
教师：
2010年9月16日
摘要
随着社会经济快速发展以及现代社会人口的增加，顺应各种交通工具的发展和交通指挥的需要，加强交通道路管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，此时交通灯便应运而生。
它已逐渐成为改善交通状况的一种重要工具。
因此设计交通灯电路对我们的生活息息相关。
本次课题设计采用NE555产生计时信号，定时给出方波脉冲信号，同时采用CD4017集成芯片实现三种信号灯的自动循环功能，以及利用或门真值表功能实现简易交通灯的设计。
此简易交通灯可以而且仅可以控制一条交通道路，主要实现红，黄，绿，红，黄，绿单向交通灯循环控制，但是同样可以改动电路从而实现红，黄，绿，黄，绿双向交通灯循环控制；而在时间控制上，红，黄，绿亮灯时间上取为2:
1:
2。
经过一系列分析准备，本次课题设计除了在手动控制上存在一些不足外，已完成电路设计要求。
关键字：
循环控制计时电路译码电路NE555CD4017
目录（页码要调整下）
前言...........................................................4
第一章设计内容与要求..........................................5
第二章简易交通灯设计方案......................................5
2.1基本要求设计方案..........................................,5
2.2提高要求设计方案..........................................,6
第三章系统组成及工作原理.....................................6
3.1系统组成..................................................6
3.2工作原理..................................................7
第四章简易交通灯设计方案单元模块电路设计......................8
4.1电源电路..................................................8
4.2译码电路..................................................9
4.3光源电路................................................10
4.3.1红黄绿单向循环.......................................10
4.3.2红黄绿黄红双向循环...................................11
第五章实验调试和分析...........................................12
结论............................................................13
参考文献........................................................14
附录一..........................................................14
附录二..........................................................15
附录三..........................................................16
前言
随着社会经济的发展，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。
放眼当今世界交通管理领域，交通灯的开发与研究发展是实际应用最广泛，发展势头最强劲，收到效益最明显的管理技术之一。
当人口增加，交通压力增大，其他工具收效甚微的时候，更显示出交通灯所具有的独特优势和无比强大的生命力。
本次设计便是以此为基础，利用各种门电路来实现交通灯的设计。
现如今，交通问题是影响我国经济发展的一个大问题，而交通道路问题的核心就是对十字路口交通信号的控制。
因此，一些国家把交通信号控制研究的重点放在城市交通干线和城市区域的控制上，可是效果并不明显。
因此，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的信号灯系统是当前的主要任务，一最大限度减少交通拥挤状况，提高交通运行效率，从而缓解道路交通压力。
本次实验便是以数字电路设计为主。
数字信号在交通控制方面所占的比重越来越重。
通过以下简易的交通灯电路的设计，可以清楚简洁地了解数字电路的工作原理、设计方法以及运用。
此外，可以通过数字电路的设计方面的知识，在次简易交通灯电路上进行要求更高，使用更广，难度更大的技术性方面的开拓性的研究和发展。
第一章设计内容与要求
基本要求：
（1）、3个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、红、黄、绿单向循环点亮。
（2）、输出用发光二极管显示。
（3）、三种灯亮的时间是红、绿灯每次亮l0s,黄灯每次亮5s；
提高要求：
（1）、有3个输出端分别表示红、绿、黄三灯，交通灯亮的顺序是红、黄、绿、黄、红依次循环点亮。
（双向循环）
（2）、具有手动控制功能，能使某种颜色的灯亮时间为定值；
第二章简易交通灯设计方案
2.1基本要求设计方案
在得到题目，需要设计一个简易交通灯方案的时候，便开始着手查找书本资料，同时在网上查找必要相关的可以值得借鉴的一些有针对性的材料进行分析，从而得到一个一下设计方案：
由NE555定时器定时提供脉冲方波信号，芯片CD4017，74LS32以及有红黄绿三种不同颜色的发光二极管构成简易交通灯的基本电路。
在这个方案中，由试验箱上的电源提供所需的5V电压，当接通的时候，只要按下5V开关后，5V的直流电流便通过NE555转变成有固定频率的方波。
NE555上既存在固定电阻，也存在滑动电阻。
在此时，可以通过滑动变阻器改变方波的频率从而改变三种灯亮的频率。
在本实验中，首先需要达到达到五秒一个方波的固定频率，之后利用CD4017实现自动循环功能，这里CD4017其中的3、2、4、7、10、1、5、6、9、11接线柱分别按照该芯片功能连接74LS32或门以及三个不同颜色的发光二极管。
这样就能达到红灯和绿灯分别亮十秒，黄灯亮五秒并且按照红黄绿单向的顺序自动循环的设计要求。
2.2提高要求设计方案
在提高要求的设计方案之中，需要电路能够进行双向循环自动控制，按照红黄绿黄红的顺序来进行显示。
在此，只需要对电路进行少许的改变便能够达到目的。
在这个电路中，需要修改CD4017的接线柱与或门以及发光二极管的连接顺序，便能够顺利进行双向循环控制。
另外，在进行手动功能的扩充当中，按照既定的方案，在NE555与CD4017之间接入一与门，连接逻辑电平，在理论上应该能够得到这项功能。
但是，在实际中，并没有达到很理想的效果。
第三章系统组成及工作原理
3.1系统组成
本系统主要是有脉冲产生定时电路（电源电路），译码电路，光源电路组成。
通过脉冲电路产生固定频率，得到译码之后，在发光二极管当中将各种不同的状态显示出来。
脉冲产生定时电路：
NE555集成电路只需要通过简单的电阻器以及电容器，便可完成固定的震荡延时作用，提供特定的方波信号，产生特定的频率。
译码电路：
本方案使用的为CD4017计算器，其具有10个不同的译码输出端，本计数器只能在时钟上升沿进行计数；反之，计数功能无效。
通过10译码输出端连接必要的门电路以及发光二极管，控制电路发光特性。
光源电路：
光源电路有必要的或门以及发光二极管组成，输出的时钟脉冲不同时，不同颜色的发光二极管将显示其特有的颜色。
3.2工作原理
当打开电源开关后，直流电源就会通过NE555转变成有固定频率的方波信号，然后每一个方波信号有固定时间间隔的传入CD4017中，控制灯亮以及更换颜色，以此同时可以利用滑动变阻器来调节NE555发出方波的频率，在此方案中需要的是五秒。
而红灯需要亮十秒，所以，此时需要用到或门，电路方案中用到的或门是为了只需用三个灯，这样在视觉上就更容易观测了，根据或门的真值表显示，只需一个有信号即=1，灯就可以亮，这样就达到了灯既亮而且每个灯上都亮有固定的时间。
工作原理框图如下：
CD
4017
NE
555
光源电路
实验电源
图3.1图名？
第四章简易交通灯设计方案单元模块设计
4.1电源电路
+
48
7
NE555
3
6
2
15
100k
76
470uF
680k
5V
--4.7uF0.1uF
图4.1图名？
电源电路原理图如上所示。
NE555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
NE555和电阻，滑动变阻器以及电容组成电源电路，它的4、8引脚直接接电源5V的正级，2、6引脚并接在滑动变阻器上，7脚接电阻的一端，3脚把有固定频率为5秒的方波信号输出。
在此基础上，打开实验想电源，直流信号就通过NE555转变成5秒一次的方波信号并输出，转入下一级进行控制。
4.2译码电路co
16CD40
17
14
13
158
158
Q0
Q3
CPQ6
ENQ9
CrGND
图4.2图名？
译码电路由一块CD4017集成块组成。
CD4017是5位计算器，具有10个译码输出端，CP，Cr，EN输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时，计算器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。
Cr为高电平时，计数器清零。
译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平,在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。
该芯片上10个输出端Q0～Q9（依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。
还有一个进位端CO，其功能是：
当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0～Q9均为低电平。
时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。
Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。
如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。
同时，进位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。
Cr为复位端，也为清零端。
当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1～Q9为低电平。
如此反复，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。
4.3光源电路
光源电路时这个电路当中比较简单就能够设计的出来的一部分。
也正因为它的简单性，便可得到多种不同的设计方案进行实验，都可以得到想要得到的结果。
4.3.1红黄绿单向循环
方案一：
这个方案采用红黄绿红黄绿六个发光二极管进行演示，并运用或门来实现电路转换功能。
其最后分别接上1K电阻接地。
1K
1K
1K
1K
1K
1K
图4.3图名？
（图居中）
方案二：
此次的更改节约了一个红灯一个绿灯以及一个黄灯，在视觉上也得到了很好的改善。
人眼可以清楚的观测到红黄绿灯发光二极管分别亮灯时间为10，5,10秒，符合实验要求。
1k
1k
1k
图4.4图名？
（图居中）
4.3.2红黄绿黄红双向循环
双向循环灯亮的次序是红、黄、绿、黄、红。
1k
1k
1k
图4.5图名？
（图居中）
第五章实验调试和分析
实验调试可以分为静态调试和动态调试两步进行。
静态调试：
1.在实验老师处领到之后需要首先用万用表的蜂鸣挡来检测各跟导线是否正常，因为在实验当中，连接的电路比较复杂，用到的导线也是比较多。
如果在这之中，因为一跟导线不能正常工作而导致实验的失败是很难去检测的出来的；
2.检测实验仪器和元器件是否完好。
在将相应的芯片插入到电路板插槽之中时，需要利用万用表蜂鸣挡对个芯片进行检测及时发现错误，看各个芯片是否能够正常工作；3.对照电路原理图依次把电路接好，在接线时，没连接完一根芯片上的连线时，也需要用万用表进行检测，这样是为了测试各接点是否连接号并能够导通，避免之后更加复杂，麻烦的检测。
4.检查试验箱电源5V直流电压输出正常，发光二极管是否能够正常发光，保证其完好。
动态分析：
在进行完各个要点之后，接通实验箱5V直流电源，用示波器对NE555芯片输出波形进行检验。
用示波器一根线分别连接555芯片输出孔接口导线，另一根线则接地来进行检验，发现其输出的波形并非是规则的方波波形，而是不规律的正弦波波形。
在出现这个问题之后，请教了几位同学并进行讨论之后，并由他们来进行同样的检测，发现结果都是一样的。
之后，无奈之下，再次更换了555芯片，而此时却得到了正常的波形。
在犹豫之后，又用万用表对第一块检验，才发现第一块已烧坏，可能就是刚接通电源的一刹那烧坏了，摸了下该芯片，发现芯片的温度也好高，这才理解到芯片烧坏了，所以才得不到正规波形。
之后，在进行手动控制的时候，发现当接的逻辑电平变为低时，确实暂停的二极管灯亮，但是闪到黄灯的时候却总是跳到绿灯或者红灯那里去，不会就暂停在黄灯。
如此反复连接了三遍，同样结果如此。
之后查找一些资料，但是问题至今任然还没有得到解决
结论
1.在连接完整个电路之后，才发现电路不能够正常工作。
此时的检查则尤为重要。
而如此复杂的电路要能够完整的检查出来，是不容易的。
所以，当我们在设计电路的时候，我们便需要将电路模块化。
这样就是在我们遇到问题之后，也不会显的会有多急躁，有的则更加是把线一扯，都给拔掉，这样就更加不值了。
把模块分好后，便可以通过不同的模块功能来进行检测，提高了检测效率。
2.在这个电路当中，NE555芯片搭配的滑动变阻器尤为重要，该电路可以利用滑动变阻器来改变红黄绿等分别亮的时间的快慢，简单来说，便是可以通过它来改变灯亮频率，更加优化了这个交通灯设计电路。
3.在这次实验当中，理解的简易交通灯电路的设计。
同时也首次接触了Multisim2001的一些安装以及运用方法。
同样的，这次实验当中用到了只在书本上学过的一些计数器，二极管等等，在实际运用当中得到了充分的展现。
而利用JK触发器和与门构成的节拍分配器则可以基于这个简单的交通灯之上推广和研究，从而设计出更加适合当代社会交通的更加复杂的交通灯。
4.在这次实验当中设计的交通灯虽然是简单的，虽然对于现代社会似乎没有多大的实际意义，但是更加复杂的交通灯也是有各种简单的交通灯应运而生的。
所以，同样利用在这里，只有打下坚实的基础，才能对以后有更加远大的发展。
同时，在这次实验当中，动手能力还是缺乏的，只注重了一些理论知识，就像你知道船是可以在河流当中滑行的，但是你就是不知道怎样动手去掌控它，让它按照你的意愿去完成你所需要达到的目的。
所以说，在今后的生活当中，无疑需要把实践放在一个更高的台阶之上。
参考文献
[1]白中英主编数字逻辑与数字系统科学出版社2007.11
[2]毛法尧主编数字逻辑（第二版）高等教育出版社2008.3
[3]李海74系列芯片手册重庆大学出版社1999.9
[4]张少敏主编数字逻辑与数字系统设计高等教育出版社2006.8.1
附录一：
电路原理总图
（一）、红黄绿单向循环
16CD40
17
14
13
158
158
48
7
NE555
3
6
2
15
100k1k
761k
470uF1k
680k
5V
--4.7uF0.1uF
（二）红黄绿黄红双向循环
+
16CD40
17
14
13
158
158
48
7
NE555
3
6
2
15
100k1k
761k
470uF1k
680k
5V
--4.7uF0.1uF
附录二：
元器件清单
序号
编号
名称
数量
1
74LS32
或门
7
2
CD4017
脉冲分配器
1
3
NE555
脉冲发生器
1
4
100K
电阻
1
5
680K
电阻
1
6
1K
电阻
10
7
470uF
电容
1
8
4.7uF
电容
1
9
0.1uF
电容
1
10
红色
发光二极管
3
11
黄色
发光二极管
2
12
绿色
发光二极管
3
附录三：
芯片管脚及部分真值表
NE555
48
7
3
6
2
15
141312111098
1234567
16
14
13
158
74LS32
CD4017
输入输出
ABY
000
011
101
111
。
升级会员 