交通灯毕业设计.docx

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交通灯毕业设计

第一章设计目的和要求

1.设计目的

（1）掌握主、支干道十字路口交通信号灯控制系统的设计方法

（2）掌握定时电路、计数译码显示、秒脉冲发生器等电路的设计方法

（3）熟悉中规模集成计数器CD4029的功能，并能正确应用。

2.设计要求

（1）主、支干道交替通行，主干道每次放行30s，支干道每次放行20s。

（2）绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。

（3）每次绿灯变红时黄灯先亮5s（此时另一干道的红灯不变）。

（4）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间,要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位进行减计数。

（5）在黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁。

（6）要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0-99s内任意设定。

（7）用发光二极管模拟红绿黄交通灯。

第二章设计方案比较及选择

基于设计目的与设计任务，我设计了两种方案实现红绿交通灯控制方案。

以下是这两种方案的说明与比较。

（1）方案说明：

方案一：

采用1个双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。

输出端Q0接绿灯2，Q1接黄灯2，再将Q0与Q1相或接红灯1。

首先将Q0置为1，Q1、Q2、Q3置为0，使绿灯2与红灯1先亮，接着进行移位，使黄灯2和红灯1亮。

同样的，将Q2、Q3分别接绿灯1和黄灯1，Q2、Q3相或接红灯2，实现另一路交通灯的控制。

倒计时计数电路，此方案采用2片74LS192来实现。

将绿灯1与绿灯2相或接到74LS192的LD端，通过对74LS192置数“0010，0000”（20）来实现绿灯的倒计时计数。

对于显示电路，此方案采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。

采用2片74LS161以及若干与门、与非门、或门来实现延时电路。

此部分采用32进制，首先输出一个脉冲，延时为20秒，接着输出另一个脉冲，延时为10秒，此时，将Y2通过非门连接到74LS161的CR端，来实现清零功能。

使用电路选取前30种状态，将后两种状态排除，实现交通灯30秒的计时功能（绿灯20秒+黄灯10秒）。

该部分功能完成之后，将Y1与Y2相或，接到状态控制电路。

此部分电路原理图如下：

方案一延时电路

方案二：

采用2双向移位寄存器74LS194来实现状态控制电路。

首先对其进行置数，将Q0的值置为1，Q1、Q2、Q3的值置为0，，将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，接到红灯2，将Q2接到黄灯1。

同样的，将低位的74LS194的Q0-Q1端接到相应的交通灯上，接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，实现状态控制电路。

倒计时计数电路，此方案采用4片74LS192来实现，一路绿灯用2片74LS192实现。

将绿灯1和绿灯2分别接到74LS192的LD端，将其置数为“0010，0000”（20），来实现绿灯的倒计时计数功能。

显示电路则采用4片74LS48与4片LED，与计数器74LS192的综合使用来实现。

采用1片74LS161以及一个与非门来实现延时电路，此部分电路相当于将1HZ的CP放大10倍，接到状态控制电路。

电路原理图如下所示：

<二>方案比较：

方案一的状态控制电路与倒计时计数功能采用74LS194以及74LS192，易实现，与方案二一样。

但是方案一的延时电路较方案二来说，更为复杂一点，用到的芯片较多，接线更为复杂，比较不容易掌握和理解，而方案二的延时电路只用了一片74LD161及一个与非门就可以实现，比较容易。

相较之下，我采用方案二来实现此次的交通灯控制电路。

第三章总体功能说明

1.电路工作总体框图

交通灯控制电路主要由以下几部分构成，分别为时序脉冲产生和分频电路、绿灯计时电路、绿黄灯初值预置电路、状态控制电路、显示电路等部分构成。

状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通灯处于哪一个运行状态。

从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的绿灯和黄灯的预置值。

状态控制电路是由寄存器74LS194来实现的。

首先进行置数。

将1（高电平）送给高位的Q0，使绿灯1、黄灯1、绿灯2、黄灯2在当前状态计时结束后，计数器置入下一个状态计数值并开始计数，如此循环往复。

绿灯1和黄灯1亮时红灯2亮，绿灯2和黄灯2亮时红灯1亮。

当绿灯亮时，红灯显示时间和绿灯同步；当黄灯亮时，红灯显示时间为绿灯的值与黄灯的值相加。

其他单元在状态控制电路的状态控制下有序的完成计时和计数转换。

假定当前状态如绿灯亮时，结果分析如下：

将绿灯的输入端接到计数器，对绿灯的亮灯时间进行计数，然后显示输出。

绿灯熄灭时，数码管LED灭；绿灯亮时，计时器从20秒开始倒计时，此时，另一路的红灯亮。

当计时递减到0时，状态控制器进入下一个状态，当另一路的绿灯亮时，计数器、显示器执行上述的功能，如此周而复始，完成交通灯的显示过程。

第四章各单元电路图及功能说明

1.时序脉冲产生和分频电路

a）电路原理图

时序脉冲产生电路原理图

b）功能说明

时序电路是数字系统不可缺少的一个重要组成部分，因为数字电路只有在时钟电路的驱动下才可正常工作。

根据应用场合的不同，不同数字电路选择使用不同类型的时钟发生器。

因为交通灯控制系统的秒信号精度不高，故选用555定时器。

c）所需器件

555芯片一个

51K、39K电阻各一个

10UF、0.01UF电容器各一个

非门芯片74LS04一个

d）芯片引脚图

2． 

b）功能说明

倒计时计数电路主要由计数器构成，它在整个系统设计中的作用是实现计时计数，在此我选用减法计数器，因为本设计说明计时时间可预设，所以需要可预置数的计数器，综合以上要求，采用74LS192。

当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。

首先，将数码管显示一路绿灯的预值（20秒），预值：

0010，0000；当其减到0时，计数器产生借位，此时绿灯灭。

直到此绿灯再次亮时，重复上述转换功能，实现倒计时计数。

将绿灯的输出接到芯片的LD端，实现倒计时计数，CR端置0；CPD接1HZ的脉冲信号。

Q3、Q2、Q1、Q0端分别接显示74LS48的A3、A2、A1、A0端。

c）所需器件

74LS192———计数器

D）芯片引脚图

3．状态控制电路

a）电路原理图

b）功能说明

74LS194为双向移位寄存器，当M1M0置为“11”时，首先对其进行置数，将Q0的值置为1，其余的置为0，再将Q0与Q1用或门相接，接到绿灯1，再与Q2相或，送给红灯2，Q2送给黄灯1；同样的，将低位的74LS194的Q0-Q3端接到相应的交通灯。

接着将M1M0置为“01”，实现移位功能，通过与或门芯片74LS32连用，实现交通灯循环亮灯的控制功能。

c）所需器件

74LS194芯片------双向移位寄存器

74LS32芯片------2输入端4或门

芯片引脚图

4.显示电路

a）电路原理图

b）功能说明

74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。

它具有集电极开路输出结构，可以直接驱动共阴极数码管。

因此，我选用74LS48来实现此部分功能。

将74LS48的4个输入端A3、A2、A1、A0分别与计数器74LS192的输出端Q3、Q2、Q1、Q0相接，再将它的7个输出端接到数码管对应的引脚上，用来控制七段LED显示器的7个发光段。

通过各芯片的综合使用，来实现显示功能。

c）所需器件

74LS48---------七段数码管译码器驱动器

LED数码显示器

d）芯片引脚图

e）

第五章装配调试

（一）调试过程

1.在课程设计过程中，一开始由于思路不清晰，不清楚各种集成芯片的功能，被各种芯片的功能搞得头晕脑涨。

不同的芯片可以用来实现同一种功能，因此只能在了解了各芯片的具体功能以及设计要求之后，进行比较，选择符合要求的芯片来实现。

2.在第一阶段设计交通灯的循环时，将双向移位寄存器74LS194的左循环与右循环（Dsr与Dfl）接错了，将低位的Dsr接到高位的Dfl，导致交通灯不亮，经过检查之后，解决了这一问题。

对于74LS194，当M1M0置位“11”时，会实现送数功能，即将输入端D0-D3的值相应的送给Q0-Q3实现初值的设定。

当电路接好之后，通上电源，接上脉冲信号，发现绿灯1以及红灯2不亮，用万用表对电路各引脚的电位进行测量之后，发现当M1M0置位“11”时，没有实现送数功能，因此灯不亮。

所以，我们认为是74LS194坏了，换了一个芯片之后，解决了这一问题。

测试结果：

绿灯1亮—>黄灯1亮—>绿灯2亮—>黄灯2亮……红灯2亮红灯1亮

3.第三阶段做一盏灯的倒计时计数电路时，计时器显示从20秒到00秒，当绿灯不亮时，LED显示的是20（初态），为了将此时的LED显示灭掉，在与同学讨论研究之后，将74LS48的第四个引脚RI/IRBO接到绿灯，将绿灯不亮时的LED显示灭掉。

测试结果：

LED显示倒计时，从20—>19—>‥‥‥—>01—>00,绿灯灭时，不显示数字。

4.第三阶段另一路绿灯的倒计时计数电路时，当电路接好之后，发现十位数的数字不显示，只显示了个位数，用万用表检测之后，发现高位的74LS192的接触不好，致使无法显示。

通过调整，将74LS194芯片固定好之后，可显示十位数数字。

调试结果：

LED显示绿灯2倒计时，从20—>19—>‥‥‥>01—>00，绿灯灭时，不显示数字。

5.第四阶段实现两路交通灯的倒计时。

循环控制时，由于各导线接触不好以及接电源接地等步骤的漏掉，导致了一些问题，经过检查之后，发现并解决了问题，使电路完成了它的整体功能。

6.震荡电路的设计中，将555芯片的接地端接错了，导致电路无信号输入，在对照了芯片的引脚图之后，将接地端改正。

7.接好电路将脉冲接到电路中时，发现只有一路的绿灯倒计时功能正常完成，而另一路的倒计时功能出现异常，倒计时从20—>18—>16—>14‥‥‥倒计，后来在将CP接到电路之前先接一个与非门，排除了这个异常现象，整个设计到此基本实现，各电路的功能都正常完成。

8.主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。

设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表。

表控制信号灯的译码电路的真值表

主控制器状态

主干道

支干道

X1X0

红灯R黄灯Y绿灯G

红灯r黄灯y绿灯g

S000

S101

S210

S311

001

010

100

100

100

100

001

010

总结

在接受此课题后，感觉十分困难，因为自己的数电知识并不是很好，一头茫然啊！

而且自己对于课程设计知识一点不懂，万事开头难嘛，我和小组的同学一起查资料，一起在网上查资料，顺利完成了此课题的基本任务！

学了一个学期的《数字电子技术》课程，直到这次课程设计时，才发现，原来自己掌握的知识那么有限，能够运用到实际中的知识更是少之又少，实在是惭愧。

平时，我们都只是学习原理知识，但是没有进行实践。

许多知识学了就忘，很难将他们长期的保存在脑海中。

所以说，实践是检验真理的唯一标准。

一切事物，对与不对，都需要通过实践来证明。

同时，实践还是真正掌握知识、掌握技能的重要途径，一切的成就都来源于实践，空想是行不通的。

通过这次课程设计，我不仅学会了如何做课程设计，而且也学会了和同学们的团结共进，整个设计我都参与其中，这令我的分析设计以及动手能力有了很大的提高，培养了我思考问题的全面性；让我明白，做学问要有一丝不苟的态度，遇到困难要有勇往直前的精神，做事情要有耐心和毅力，工作中要学会与人合作，认真听取他人意见，这样做事情才会顺手、顺心，举得事倍功半的效果。

课本知识固然重要，但是实践环节也是比不可少的，希望平时能够多提供一些实践动手环节，拓展我们多方面的思维，还要锻炼我们平时的团结能力，大家一个小组要学会讨论，团结共进！

参考文献

《数字电子技术》杨志忠编著高等教育电出版社

《电子线路课程设计》陈晓文、朱铭编著电子工艺出版社

《数字逻辑实用教程》王玉龙编著清华大学出版社

《数字电子技术基础实验教程》张秀娟、薛庆军编著北京航空航天大学出版社

实验器材清单

实验箱一台

双向移位寄存器74LS1942片

计数器74LS1924片

74LS161、74LS32、74LS04各1片

74LS484片

震荡芯片5551片

51K、36K、3K电阻器各一个

10UF、0.01UF电容器各一个

LED4个

附录一

原理图

附录二

PCB图

附录三

装配图........忽略此处.......