交通灯控制电路设计与制作.docx
《交通灯控制电路设计与制作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯控制电路设计与制作.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
交通灯控制电路设计与制作
目录
摘要I
1方案设计与选择1
1.1方案一原理设计1
1.2方案二原理设计2
2单元电路设计4
2.1秒脉冲信号发生器4
2.2五进制计数器5
2.3移位寄存器7
2.3信号灯控制13
2.3.1红灯信号控制13
2.3.2绿灯信号控制13
2.3.3黄灯信号控制13
3元器件清单14
4制作及调试15
4.1制作15
4.2调试15
4.3调试过程中发现的问题及解决16
结束语17
参考文献18
交通灯控制电路设计与制作
1方案设计与选择
要求设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求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，黄灯先亮5秒，才能变换运行车道，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
根据要求要用到1Hz时钟脉冲源，可用555定时器来实现，还要用到计数器，逻辑门等器件来实现。
1.1方案一原理设计
交通灯控制原理图1如下图1-1所示：
图1-1交通灯控制原理图1
首先用NE555定时器产生1Hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74LS161构成五进制计数器，每五秒自动清零，同时给74LS164移位寄存器一个脉冲信号，使寄存器移位，然后通过74LS164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒的循环控制，分别使对应的黄灯，绿灯，红灯亮。
最后用黄灯信号和秒冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一次。
交通灯控制电路图1如下图1-2所示：
图1-2交通灯控制电路图1
1.2方案二原理设计
交通灯控制原理图2如下图1-3所示：
图1-3交通灯控制原理图2
用两片NE555定时器分别产生0.2Hz和1Hz的脉冲信号，0.2Hz的信号给
74LS161计数器，实现5秒触发一次，74LS161构成十进制循环计数，然后接7442
四线-十线译码器对计数器的信号进行译码，信号通过非门，与非门的组合后接
到适当的交通灯上。
1Hz的脉冲信号与黄灯信号逻辑与，实现每秒闪烁一次。
交通灯控制电路图2如下图1-4所示：
图1-4交通灯控制电路图2
现在选择第一种方案来实现交通灯控制电路。
2单元电路设计
2.1秒脉冲信号发生器
时钟信号产生电路主要由NE555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0”、“1”信号，电路图如下图2-1所示：
图2-1秒脉冲发生电路
（2-1）
（2-2）
所以时间周期就是：
T=
C=1s
图2-2NE555管脚图
2.2五进制计数器
要实现五进制计数，用74LS161四位二进制同步加法计数器，该计数器能同步并行预置数据，具有清零置数，计数和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。
它的管脚排列如图2-3所示：
图2-374LS161管脚图
管脚图介绍：
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP，CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.（TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET）
下图为74LS161的功能表：
表2-174LS161功能表
从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
所以可以利用一片74LS161实现五进制加计数，将CR=LD=EP=ET=“1”，D3,D2,D1,D0接地，二进制的五为（0101），故将Q2,Q0连到同一与非门后接CR清零端，每五个脉冲清一次零，实现五进制加计数器。
电路连接图如下图所示：
图2-4五进制计数器电路图
2.3移位寄存器
74LS164为8位移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。
串行数据输入端（A，B）可控制数据。
当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0为低电平。
当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0的状态。
引出端符号
CLOCK时钟输入端
CLEAR同步清除输入端（低电平有效）
A，B串行数据输入端
QA－QH输出端
逻辑及封装图
图2-574LS164封装图
图2-674LS164逻辑图
74LS164管脚图
图2-774LS164管脚图
真值表
表2-274LS164真值表
H－高电平L－低电平X－任意电平↑－低到高电平跳变
QA0,QB0,QH0－规定的稳态条件建立前的电平
QAn,QGn－时钟最近的↑前的电平
极限值
电源电压：
7V
输入电压：
5.5V
工作环境温度
74164：
-0～70℃
储存温度：
-65℃～150
时序图
图2-874LS164时序图
表2-3推荐工作条件
推荐工作条件:
54/74164
单位
最小
额定
最大
电源电压VCC
54
4.5
5
5.5
V
74
4.75
5
5.25
输入高电平电压ViH
2
V
输入低电平电压ViL
0.8
V
输出高电平电流IOH
-400
uA
输出低电平电流IOL
8
mA
时钟频率fCP
0
25
MHz
脉冲宽度TWCLOCK，CLEAR
20
ns
建立时间tset
25
ns
保持时间tH
5
ns
采用74LS164八位移位寄存器可以实现对黄灯5秒的控制，绿灯20秒的控制和红灯25秒的控制。
用74LS161的清零信号作为74LS164的触发信号，用10脚即Qe来控制串行输入的信号，其局部电路图如下：
图2-974LS164连接电路图
2.3信号灯控制
2.3.1红灯信号控制
南北向的红灯直接与Qe相连，则东西向的红灯正好相反，先将Qe取非，然后接东西向红灯。
2.3.2绿灯信号控制
东西向的绿灯信号通过Qe，Qd相与获得，南北向的绿灯信号则要Qe，Qd先分别取非，然后再相与获得。
2.3.3黄灯信号控制
黄灯信号的获得比绿灯，红灯稍复杂，东西向的黄灯信号通过Qd取非与Qe相与获得，要使其每秒闪烁一次，用其与1Hz时钟脉冲相与即可。
南北向的黄灯信号则通过Qe取非与Qd相与，再和1Hz时钟脉冲相与即可。
图2-10交通灯信号控制电路
3元器件清单
所要用到的器件：
NE555定时器，74LS164，74LS161，二输入与非门，非门，三输入与门；红黄绿发光二极管各两个，电阻R1，R2，电容C1，C2，导线若干。
元器件清单如下表：
表3-1交通灯控制设计元器件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
NE555
1
脉冲发生器
2
74LS164
1
移位寄存器
3
74LS08
1
二输入与门
4
74LS04
1
六非门
5
74LS11
1
三输入与门
6
74LS161
1
计数器
7
LED
6
红黄绿各两个
8
C1
10uF
1
9
C2
0.01uF
1
10
R1
43k
1
11
R2
50k
1
4制作及调试
4.1制作
图4-1总体电路图
按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。
首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。
4.2调试
整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。
如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。
这样不断调试，直到达到预期结果。
首先对时钟信号脉冲源进行调试，看是否产生1Hz时钟信号，把万用表调到20V电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，高电平大于3V，低电平小于0.4V。
如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题。
再对五进制计数器进行测试，看是否为五进制计数，测试结果确为五进制计数，然后测试移位寄存器的工作是否正常，最后检验信号灯是否达到预期目标，若是没有按预期的工作，检查逻辑门是否正常工作，导线是否连接到位。
进过不断调试后，交通灯控制电路达到了预期的全部功能。
4.3调试过程中发现的问题及解决
调试过程中难免发现一些问题：
（1）74LS161无法正常工作
74LS161加电源后无法正常工作，经过调试发现时电压源的问题，74LS161的电压不宜超过3.5V，不然无法正常计数。
（2）绿灯不亮
经检查发现是因为74LS08二输入与非门没有接地导致。
调试过程中虽然发现了很多问题，不过经过检查一一解决。
结束语
心得与体会：
1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择，并实现的电路的仿真。
这个方案总共使用了74LS161，74LS164，74LS04，74LS08，74LS11，NE555定时器各一个。
2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
4、平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
5、在实现部分电路功能时，要做到模块化操作，做好一个模块再进行下一个模块的连接，这样能提高很高的效率，减少很多麻烦。
在检测电路的时候，要针对现象进行分析，估计是什么地方的错误，不能没有目的的盲目检测，还要选择合适的检测仪器。
检测中还要学会正确使用万用表中的一些功能
6、在实际的连接中，还要注意一些连接顺序，要先连接振荡电路，测试无误后方可连接其他。
所有的二极管都要接限流电阻。
7、所有器件的多余输入不能悬空，做合适的处理。
有些不高不低的电平信号，会造成逻辑上的错误，导致无法检测出电路的问题所在。
8、实际操作中有很多的问题值得我们注意，在解决的同时又会掌握不少实际应用的能力。
设计中还要有一些科学的习惯，力求设计的精简，和分析处理问题的准确性。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。
参考文献
【1】《电子技术基础---数字部分（第五版）》华中科技大学电子技术课程组编高等教育出版社
【2】《电子技术基础---模拟部分（第五版）》华中科技大学电子技术课程组编高等教育出版社
【3】《通用电子元器件的选用与检测》王昊李昕郑凤翼编著电子工业出版社
【4】《CMOS集成电路原理与应用》杜怀昌编著国防工业出版社
【5】《常用电子元器件及典型芯片应用技术》刘法治等编著机械工业出版社
附录
元件名细表：
附表1元件名细表
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
NE555
1
脉冲发生器
2
74LS164
1
移位寄存器
3
74LS08
1
二输入与门
4
74LS04
1
六非门
5
74LS11
1
三输入与门
6
74LS161
1
计数器
7
LED
6
红黄绿各两个
8
C1
10uF
1
9
C2
0.01uF
1
10
R1
43k
1
11
R2
50k
1
升级会员 