数电课程设计交通灯设计.docx
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数电课程设计交通灯设计
课程设计
课程名称数字电子技术
课题名称交通灯控制器
专业
班级
学号
姓名
指导教师黄望军
2014年11月7日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称：
数字电子技术
题目：
交通灯控制器
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导老师黄望军
审批：
任务书下达日期2014年10月27日
设计完成日期2014年11月7日
设计内容与设计要求
设计内容：
交通灯控制器设计：
为了确保十字路口的车辆畅通的通行，往往采用自动控制的交通信号来进行指挥。
其中红灯亮，表示该条道路禁止通行，黄灯表示停车灯，绿灯表示允许通行。
试着设计一个十字路口的交通信号控制器，要求如下：
（1）要求甲车道和乙车道两交叉以上的车辆交替运行每次通行时间都设为30s。
（2）要求黄灯先亮5s，才能变换车道。
黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
（3）时间用数字显示
设计要求：
1．设计思路清晰，给出整体设计框图
2．设计各单元电路，给出具体设计思路、电路图、器件清单；
3．总电路设计
4．安装调试电路；
5．写出设计报告。
主要设计条件
1.提供面包板、直流稳压电源、示波器；
2.提供TTL集成电路芯片、NE555定时器、电阻及电容等；
说明书格式
1、课程设计报告封面；
2、任务书；
3、说明书目录；
4、设计总体思路；
5、单元电路设计；
6、总电路设计；
7、总结与设计调试总结；
8、附录；
9、参考文献；
进度安排
第一周星期一：
课题内容介绍和查找资料；
星期二：
总体电路设计和分电路设计；
星期三：
领元件；
星期四：
检查元件，安装电路；
星期五：
安装、调试电路；
第二周星期一：
安装、调试电路；
星期二：
安装、调试电路；
星期三：
验收电路；
星期四：
写设计报告、打印相关图纸：
星期五：
答辩；
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。
设计总体1
设计要求1
设计思路2
设计框图.............................................................................................................................4
单元电路设计4
同步十进制计数器4
译码器4
十进制加／减计数器9
秒脉冲产生器12
其他元件13
总电路14
实际接线图15
安装及调试步骤15
故障分析及电路改进16
附录（元器件清单）17
参考文献17
总结与体会18
评分表20
一、设计总体
1.1设计要求
1.设计并制作交通灯控制电路；
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：
倒计时计数以及显示
信号灯控制电路
定时顺序置数电路
黄灯闪烁
倒计时计数以及显示
信号灯控制电路
定时顺序置数电路
黄灯闪烁
秒脉冲产生
主干道信号灯控制
支干道信号灯控制
时间控制配合
1.2设计思路
本系统采用主干道和支干道分开实现功能，但又相互配合的思路，用时间的相关性将主干道与支干道的信号灯的亮灭相联系起来。
根据系统的要求：
主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；则其时间循环图如下所示：
图2.2主干道时间循环图
图2.3支干道时间循环图
对于其中一条干道，系统的工作流程图如下所示：
秒脉冲产生秒脉冲信号
倒计时工作及显示显示
信号灯控制三种灯亮灭
顺序置数对计数器置数
提供三种灯转换的信号
提供一秒的CP脉冲信号
提供倒计时到零的信号
提供三种预置数
闪黄灯
系统工作原理如下：
初始状态，对于主干道，计数器预置数30秒，在CP脉冲的作用下开始进行倒计时，当倒计数至零时，可以对信号灯控制电路产生一个上升沿的单脉冲，该脉冲将作为74LS160的脉冲输入，完成一次计数，实现对绿灯，黄灯和红灯的亮灭的控制，此时红灯亮，当三种信号灯完成一次状态变化时，将变化的信号传送给74LS138译码器，由该译码器选中相应的倒计数置，并将该倒计数置给计数器74LS192，完成一次工作循环，然后是5秒的黄灯，最后是30秒的红灯。
对于支干道而言，循环时间是35秒，30秒，5秒，其具体的循环过程与主干道一致。
1.3总体设计框架
秒脉冲发生器
控制器
定时器
译码器
乙车道信号灯
甲车道信号灯
二、单元电路设计
2.1同步十进制计数器74ls160的引脚图如图。
74LS160的功能表如下
输入
输出
CR’
LD
CTp
CTt
CP
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
0
X
X
X
↑
X
X
X
X
0
0
0
0
01
0
X
X
↑
D3
D1
D2
D3
D0
D1
D2
D3
1
1
1
1
↑
X
X
X
X
计数
1
1
0
X
↑
X
X
X
X
保持
1
1
X
0
X
X
X
X
X
保持
因为74ls160控制的是从0开始到3是一个循环因此要将其将输出的Q1，Q2通过与与非非门接到置数端的引脚来控制循环
2.2译码器
二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码一一对应的高，低电平信号。
由于需要反馈信号，需要2进制进行转换，由此用到3-8二进制译码器74138.其引脚图如下：
真值表如下
输入
输出
S1
A2
A1
A0
×
1
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
0
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
从功能表中我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。
由该译码器来控制甲乙道的红绿黄灯的状态和74ls192的置数。
如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。
通过74ls138译码器来控制东西，南北方向的六个显示灯
其真值表如下：
信号灯信号真值表
状态控制器输出
主干道信号灯
支干道信号灯
Y0’
Y1’
Y2’
Y3’
R（红）
Y（黄）
G（绿）
r（红）
y（黄）
g（绿）
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：
G=Y3’
Y=Y0’（1HZ）
R=（Y1Y2）’
g=Y1’
y=Y2’（1HZ）
r=（Y0Y3）’
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
2.3十进制加／减计数器
74ls192的功能表：
它的主要功能为：
①CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
②LD为预置输入控制端，异步预置。
③CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
④CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出，
⑤BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
74ls192的引脚图如下
通过74ls192来控制倒计时的时间
逻辑电路的真值表如下所示：
南北方向
东西方向
高位
低位
高位
低位
A
B
C
D
A
B
C
D
时间
A
B
C
D
A
B
C
D
时间
Y0
1
1
0
0
0
0
0
0
30
1
0
1
0
1
0
1
0
5
Y1
0
0
0
0
1
0
1
0
5
1
1
0
0
0
0
0
0
30
显示的时间应该是南北方向29-0、4-0东西方向4-0、29-0
2.4秒脉冲产生器
2.5其他元件
1、74ls04六非门的引脚图：
真值表如下
A
Y
0
1
1
0
2、74l00两输入与非门的引脚图
真值表如下
AB
Y
00
1
01
1
10
1
11
0
2.6总电路设计图
三、实际接线图
四、安装、调试步骤
1、第一步确认我们仿真好的元器件在实验室器材室是否有领。
如没有所需器件，则需要从现有元器件中找到具有类似功能的元器件进行替换。
另外在仿真图上要特别注意线的重叠。
2、第二步按照仿真图，上报班长所需领取的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用。
3、第三步测验设备，领到器件和实验箱后，检测元器件是否有断脚。
另外检测试验箱，管脚插口是否有被堵的。
显示管也是需要注意的地方，因为显示管特别容易烧坏，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。
五、电路故障分析及电路改进
故障一：
本来我们是想用8输入的数码显示管，后来发现8脚数码显示管无法正常使用便修改了电路图，改为四输入的数码显示管。
故障二：
在连接好电路图后发现，数码显示管以及交通灯均不亮。
结果：
没有接好5V的电源线
故障三：
在正常通电之后，我们发现在计数到0时才跳转到30，这样使原来计数为30秒变成实际上的31秒。
结果：
我们把异步清零弄成了同步清零导致多出1秒
六、附录（元器件清单）
实验箱（1个）
同步十进制加减法计数器74192
（2）
同步十进制加法计数器74160（1个）
3线8线译码器74138
（1）
非门74lSL04（2个）
与非门74SL00（2个）
或门74SL32
（1）
与门74SL10
（2）
共阴极显示管
（2）
指示灯（6）
导线若干
七、参考文献
《技术基础实验与仿真》孙胜麟郭照南主编
《数字电子技术实验》李毅谢松云主编
《数字电子技术基础》阎石主编
八、总结与体会
在这两周的课程设计中我感悟了很多，也许你的一念之差就会导致电路图变得复杂，在刚开始的几天我们组内成员经过不断查阅资料，自己画图设计。
设计出一个由14块芯片组成的电路图。
经过艰难的仿真过程，终于将这个电路图仿真好。
但在领元器件时发现我们许多器件没有，原先在仿真中用到的8输入数码显示管也无法使用，另外74ls48也领完。
于是我们又开始设计，仿真。
同与我们课题一样的另外一组进行讨论，期间我们发现我们用74ls48四线制八线译码器是多余的，完全可以直接接入四输入共阴极数码显示管。
不仅让我们难于寻找器件，更使我们的接线图变得凌乱与复杂。
进过两组不断的讨论，设计。
我们组的电路图由原来的14片芯片简化到6片芯片。
这样为我们下一星期的接线打好了良好的基础。
在第一次接线过程中，我们首先将所有芯片插好，没有检查芯片是否能够正常工作。
就按照线路图接线，虽然说很快就将线接好。
但是，在打开电源开关的时候发现黄灯不停地闪烁。
而且数码显示管也不亮。
最后实在没有检查出错误，只好重新接线。
经过第一次接线的教训，我们观察了其他组的接线方法，发现他们在接线之前要一一检测芯片的好坏。
这对我们启发很大，我们通过每一块芯片的工作原理进行一一检测，发现74ls38芯片是坏的。
我们在确定芯片是好的之后开始重现接线，从数码显示管开始到黄绿灯。
当线接好时，通电之后依旧发现黄灯闪而数码显示管不亮。
不得已又重新再来，第三次接线我们开始一部分一部分分开接，先接好计数器部分。
发现能正常工作，然后再接黄绿灯部分。
最后果然这种分部接线法很实用，我们在发现错误时可以排除另一部分对其的影响，使效率得到了提高。
这个接线过程花费了我们3天时间，周六也在接，终于在星期一就能调试出来。
在这次数字电子课程设计中，我从中感悟到很多。
在设计电路上，对芯片的了解是这次设计的关键，我们要知道自己需要什么芯片，也要知道什么样的芯片与所需芯片有什么相似功能在没有所需芯片时能够找到代替品。
团队合作在这次设计中起到了至关重要的作用。
通过两组电路的互补得到了一个简单，实用的电路图。
在接线过程中，一步一步细心的检测和接线也是很重要的。
不能由于急于求成而放弃其中一些重要的步奏，这样往往是事与愿违。
通过这次课程设计使我们对数字电子有了更加进一步的了解，更从中得到了不少感悟
。
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
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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