数字电子课程设计数字电子钟 东北大学.docx

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数字电子课程设计数字电子钟东北大学

课程设计报告

设计题目：

交通灯控制电路

班级：

学号：

XXXXXXXX

姓名：

指导教师：

设计时间：

摘要

交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言，分为：

机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯、掉头信号灯、道口信号灯。

为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。

交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。

本课程设计主要是通过在multisim仿真软件上使用各种简单的逻辑芯片仿真实现交通灯控制电路。

...

关键词：

交通信号灯，逻辑芯片

摘要I

1概述1

2课程设计任务及要求

2.1设计任务及要求1

3理论设计

3.1方案论证2

3.2系统设计

3.2.1结构框图及说明2

3.2.2系统原理图及工作原理3

3.3单元电路设计

3.3.1脉冲发生器的设计4

3.3.2计数电路的设计5

3.3.3控制电路的设计6

3.3.4显示电路的设计8

4软件仿真

4.1仿真电路图11

4.2仿真过程及结果12

5安装调试

5.1故障分析13

6结论14

7使用仪器设备清单15

8参考文献16

9收获、体会和建议17

2课程设计任务及要求

2.1设计任务及要求

设计一个十字路口的交通灯定时控制系统，基本要求如下：

（1）甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。

（2）每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。

 （3）黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。

（4）十字路口有数字显示灯亮时间，要求灯亮时间以秒为单位作减计数；

（5）要求通行时间和黄灯亮的时间均可在0~99s内任意设定。

3理论设计

3.1方案论证

系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。

其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出三种定时信号，使相应的发光二极管发光，译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，产生倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变。

3.2系统设计

3.2.1结构框图

3.2.2系统原理图及工作原理

交通灯定时控制系统的原理框图如图1所示。

它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。

秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

图中：

TL：

表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。

定时时间到，TL=1，否则TL=0。

TY：

表示黄灯亮的时间间隔为5秒。

定时时间到，TY=1，否则，TY=0。

ST：

表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。

3.3单元电路设计

3.3.1脉冲发生器的设计

以555定时器接外接电路形成多谐振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，用作计数器及D触发器的clk信号。

555定时器引脚图如图1所示，由脉冲频率公式：

f=1／（R1+2R2）C㏑2

要使f=1Hz，可选择R1=55K，R2=47K，C=10μF，形成电路图如图2所示。

图1

图2

3.3.2计数电路的设计

用74ls163为计数器，74ls163为四位的二进制加法计数器。

要产生25秒的清零信号TL及5秒的清零信号TY，需将输出分别接成24及4的输出，由控制电路产生并选择清零信号ST。

74ls163引脚图如图3所示，计数电路如图4所示。

图3

图4

3.3.3控制电路的设计

用一个双数据选择器74ls153对TL及TY信号进行选择，输出控制清零信号ST；另一个74ls153与一个双D触发器74ls74相接，形成控制亮灯信号Q1、Q0。

74ls153、74ls74引脚图如图5、6所示，控制电路如图7所示。

图5

图6

图7

3.3.4显示电路的设计

译码器的主要任务是将控制器的输出Q1、Q0的4种工作状态翻译成甲、乙车道上的6个信号灯的工作状态。

控制器的状态编号与信号灯控制信号之间的关系如表3所示。

表3

Q1Q0

AGAYAR

BGBYBR

00

01

11

10

100

010

001

001

001

001

100

010

利用表3数据，可得

AG=Q1’Q0’AY=Q1’Q0AR=Q1

BG=Q1Q0BY=Q1Q0’BR=Q1’

则可得显示电路为下图8：

图8

4软件仿真

4.1仿真电路图

4.2仿真过程及结果

发光二极管按正常顺序显示，LED的等待计时也很正确。

5安装调试

5.1安装调试过程故障分析

（1）脉冲频率问题

用公式f=1／（R1+2R2）C㏑2得出的频率为1Hz，但在Multisim软件中用示波器根本无法显示明显的脉冲。

但将频率设置为100Hz左右时便可得脉冲。

（2）清零信号问题

当我将ＳＴ清零信号接在１６３的CLR＇上的时候，发现无法进行正常清零。

用示波器显示，发现接在第二片１６３上的信号脉冲宽度太窄，无法实现清零。

于是我试着用了个Ｄ触发器，效果不错，但明显增加了器件，我又试着将信号接在LD’上，发现能够实现清零。

6结论

通过这次的课程设计，我发现了自己的很多缺点不足，以及知识漏

洞，看到了自己缺乏的实践经验，理论结合实际的能力还急需提高。

在课程设计过程中，光有理论知识是不够的，一些实践中的经验知识还很必要，连接电路还必须要很细心。

仿真练习的通过必须查阅好各个芯片的引脚图，知道一个芯片的共有几个引脚，线比较多，仿真的时候一定要全神贯注。

当结果发生错误的时候不要急躁，要学会静下心来，慢慢理解检查，改正错误。

本次课程设计加深了我对电路设计的理解，提高了综合知识能力，还学会了报告论文撰写格式。

7使用仪器设备清单

1.四位二进制加法计数器74LS160

2.双四选一数据选择器74LS153

3.四输入与门74LS08

4.六输入非门74LS04

5.双D触发器74LS74

6.发光二极管红、绿、黄

7.电阻若干

8.电容若干

8参考文献。

1.马学文，李景宏.电子技术实验教程.北京：

科学出版社.2013

2.李景宏，王永军编著.数字逻辑与数字系统.北京：

电子工业出版社，2012

3.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：

电子工业出版社，2002

4.陈大钦编著.电子技术基础实验.北京：

高等教育出版社，2000

9收获、体会和建议

本次课程设计着重锻炼了我的思维能力与检查错误的能力。

通过这次的课程设计，首先让我懂得了交通灯的设计原理，明白了灯交替闪烁与数码管计数内部是如何通过硬件组合来实现的，大致上让我掌握了555谐振电路脉冲产生、十进制计数器、数据选择器、D触发器、编码器等芯片的原理及具体组合应用。

电路仿真是做得比较累，线路比较复杂，用了接近一天时间，开始没出理想结果，然后也用了将近一天找错误查原因，发现是有一些引脚忘记接上，脉冲太快且不稳定，换了个大电阻和大电容才行，最后又发现芯片错了，又换了芯片，才出结果。

总结下来，觉得最能学东西的是在找错误的过程中，通过电路接电源后的现象查出其中出错的原因并加以改正，不懂的就跟其他人一起商讨，当自己仿真软件接好电路成功那一刻那种成就感很满足，这是一次很有意义的课程设计！