2交通灯.docx
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2交通灯
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——交通灯设计
交通灯控制器
一、课程设计的目的:
1.数字电路理论知识自行设计并实现一个较为完整的小型数字系统。
2.设计软件仿真、电路安排与调试、写总结报告等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平。
3.学会布局电路模块，充分利用空间，使得电路更加清晰，连接简单，锻炼实际操作能力。
二、课程设计的要求和任务：
1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中主干道方向是绿灯、黄灯、红灯；支干道方向是红灯、绿灯、黄灯。
2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中主干道方向上绿灯亮的时间是30s，次干道方向上绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的的时间都是5s。
3．独立完成交通灯设计,并在电路板上实现。
三、课程设计需用器材：
器材
数量
器材
数量
555
1个
74LS00
1个
74LS74
1个
74LS86
1个
74LS161
3个
电容0.1uf
1个
74LS48
2个
电容4.7uf
1个
74LS139
1个
电阻100Ω
3个
74LS04
2个
LED灯
6个
数码管
2个
电阻150kΩ
1个
面包板
1个
74LS08
1个
四、总体方案的选择：
系统模块框图：
各模块说明:
1、脉冲电路设计：
此模块使用555芯片设计一个能产生以一秒为周期的脉冲电路，将正确的电阻及电容接入电路，接通电源可产生需要的方波作为计数器的CP脉冲。
脉冲产生电路图如下:
图1脉冲产生电路图
2、控制器模块：
经过分析，交通灯共四种状态如下表:
S状态（B3A3）
主干道
支干道
计数范围
S100
绿
红
29~0
S201
黄
红
04~0
S310
红
黄
19~0
S411
红
绿
04~0
通过计时器反馈的上升沿脉冲，控制用74Ls161组成的状态控制器，以实现对主、支干道车辆运行状态的控制。
但我设计的控制器有三个74LS161一起控制，一个74LS161组成的状态控制器，作用是利用输出值控制计数器的状态转化，并控制红、绿、黄灯之间的转换。
另两个74LS161组成的状态控制器，作用是通过输出值控制数码管倒计时。
控制器部分1：
交通灯状态转化：
使用74LS161计数器输出端的低两位连接74LS139,以此控制交通灯的转换，并且通过异步置数法置入0000。
因为四位二进制数的低两位总是由00、01、10、11循环变化，所以只需当CO进位时重新置数即可。
交通灯状态转化电路图如下：
图2交通灯状态转化电路
注：
应未找到74LS161本图用74LS160代替。
控制器部分2：
计数器模块：
由于不同的状态对应不同的十进制倒计时，我选用两个74LS161级联组成计时器状态产生模块。
计数器原理分析：
用两片74LS161级联计数，一个产生个位，另一个产生十位的数字信号。
由于显示为倒计时，而74LS161是加法计数器，则输出需经过非门，再连接数码管的驱动74LS48.
若实现模十以上的计数器，则可将个位74LS161的进位端接十位74LS161的使能端ENT，当个位计满十个数后，进位端CO生成1，则十位计一个数。
十位也是针对不同的模置入不同的数，由于数码管显示倒计时计数，则十位也是计满为止。
比如：
模30，十位74LS161计数状态为1101——1110———1111，模20，十位计数状态为1110——1111。
当计数器显示为00时，两个进位端都为1，并且将进行状态转化，则我选择将进位端相与非接高位置数端LOAD。
无论是个位还是十位，都是通过控制器模块的输出值表达出不同的置数。
分析不同状态对应不同计数情况，列出置数表格如下：
状态
个位置数
十位置数
B3
A3
D1
C1
B1
A1
D2
C2
B2
A2
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
通过分析上表，可得个位置数如下：
个位置数：
D1=A1=A3C=~A3B=1
十位置数：
D=C=1A=~（~A3B3）B=~（~A3B3）
计数器模块电路图：
通过三号74LS161的输出值控制计数器的不同模值变化，又利用74LS161的进位端产生上升沿脉冲控制三号74LS161的状态转化。
电路图如下：
图3置数电路
注：
应未找到74LS161本图用74LS160代替。
3、显示器模块：
显示器模块只显示主干道计数，分为两个部分，分别是个位显示部分和十位显示部分。
数码管和计数器主要通过74LS448相连接。
包含显示器模块的电路图：
图5显示电路
注：
因未找到74LS48故本图用74LS47代替，74LS47与74LS48的区别在于，前者连接共阳极数码管，后者连接共阴极数码管。
4、完整电路图如下：
五、课程设计遇到的问题、解决办法和心得体会：
此次课程设计使我学会了很多，虽然其中出现了很多问题，但我在分析问题和解决问题中得到了很多。
主要的问题如下：
1、在连接控制器模块时，由于疏忽，总是将线错连、误连。
而且有时线没有插好，接触不良。
在我的模块不能正常工作时，我首先是检查电路连线是否正常，再使用万用表测量各处电压，查询错误。
记得刚开始时老师强调说注意测一下自己面包板首行是否导通，但最后还是疏忽了，忘记连接断路部分。
2、实习第一周时，我一鼓作气，连接好电路，一切都还算顺利，但刚通电时，存在乱码，经过多次循环后才进入交通灯的有效状态。
这个问题肯定是出在初始置数上，那我就选择在通电之前，将计数器的两个片子接地，通电后就直接先置数，随后拔掉接地线，即可排除乱码，进入有效状态循环。
但又出现了新的问题，通电后，初始态不是确定的，很随机。
我实在不知问题出现在哪，在请教了陈同学后，我才明白，问题还是置数问题。
因为两个74LS161的置数端口本来就接有线，而我后来加的接地线直接接在了片子的置数端口，这个与以前的线产生冲突，最后接了个与门，这个问题才算解决。
心得体会：
这次课程设计，我感受颇深，学会了很多。
我感觉这两周是我这一年来最充实最有意义时间，因为两周的努力，我看到了自己的成果，稍微有那么些小成就感，这更加促进了我对此课程的兴趣。
尽管结果不是很完美，但我总体感觉还是不错的。
为什么不完美呢？
最大的问题就是使用芯片太多，设计成本较大，从商业角度来讲是失败的产品。
老师检查后，给我说了这个缺点，我才明白过来。
主要原因是当我发现自己的电路不完善时，我只考虑到了此课题的实现结果，未曾顾虑成本问题，所以我从最初设计的十一个，增加到了十三个芯片，尽管电路结果功能完善，但也不是最理想的，以后我会注意的。
在巩固理论知识上，这次实习对我的数电复习有很大帮助，尤其是芯片使用方面，通过自己设计、仿真、电路连接等一系列过程，我对芯片越来越熟悉。
看来理论实践结合是最有效的学习方法，这样学习会让人记忆深刻，单纯的理论或实践都不可行，缺乏理论的实践是没前途的，没有时间的理论是苍白的，尽管这不是绝对的，但也有一定的道理。
这次课程设计虽说是各做各的，其实去多问题都是在与同学的讨论中解决的，有些小问题对于本人比较容易忽略，但对于旁观者一看就明白，所以我认为个人能力固然重要，但合作的力量也是不容小觑的。
并且要学会请教别人问题，没有最强的人，只是在不同的方面每个人有各自不同的优势。
对于这次课程设计的经验及教训，我会铭记的。
六、参考文献
1．高书莉《数字系统设计—数字电路课程设计指南》北京邮电学院出版社
2．毕满清《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社
3．王毓银《数字电路逻辑设计》高等教育出版社
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
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
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日——2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；选定题目，并设计电路，完成电路设计；电路仿真；领取元器件，开始组装电路；
第二周
组装电路;老师验收电路;写实验报告；实验总结；
成绩鉴定
学习内容
（40分）
基本功能完成情况（25分）
扩展功能完成情况（10分）
其它（5分）
接受单位评价
（20分）
实践能力（10分）
学习态度（6分）
学习纪律（4分）
报告鉴定
（40分）
报告内容与实践过程紧密结合（20分）
报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分）
评阅教师姓名
张春茗
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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