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
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：
交通信号灯控制器
（自选参数）
专业班级：
班
学生姓名：
学号：
指导老师：
审批：
任务书下达日期2011年12月15日
设计完成日期2011年12月30日
设计内容与设计要求
一．设计内容：
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：
3．功能扩展
1）可以手动调整和自动控制，夜间黄灯闪耀；
2）自选。
二．设计要求：
1．设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；
2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3．安装、调试电路；
4．写出设计报告。
主要设计条件
1.提供直流稳压电源、示波器；
2.提供TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、实验箱、导线等。
说明书格式
1、课程设计封面；
2、课程设计任务书；
3、说明书目录；
4、设计总体思路，基本原理和框图；
5、单元电路设计（各单元电路图）；
6、总电路设计（总电路图）；
7、安装、调试步骤；
8、故障分析与电路改进；
9、总结与设计调试体会；
10、附录（元器件清单）；
11、参考文献；
12、课程设计成绩评分表。
进度安排
第一周星期一上午安排任务、讲课。
星期一下午---星期二下午查资料、设计
星期三开始
1、计算机仿真
2、测试元器件
3、调试单元电路
4、调试总电路
第二周星期三——星期四
1、调试验收
2、写课程设计报告书
星期五答辩
地点：
实验楼四楼电子综合实验室
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。
目录
一、设计总体思路
1.1设计要求
1.2设计总体思路
1.3总体设计框图
二、单元电路设计
2.1同步十进制计数器
2.2译码器
2.3十进制加／减计数器
2.4其他元件
2.5总电路设计图
三、安装及调试步骤
四、故障分析及电路改进
五、总结与体会
六、附录（元器件清单）；
七、参考文献
一、设计总体思路
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：
1.2设计总体思路
利用我们所学的知识，确定基本的设计思路。
电路主要由控制器、定时器、译码器和脉冲发生信号器等部分组成。
秒脉冲发生器是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。
首先通过74ls160来显示每一步的数字，当为第一步时显为１，当第二步时显示为２，当到４时下一步又回到１以后依此循环。
同时通过它与译码器74ls138来控制六个灯的状态和后面的两个74ls192倒计时器来分别显示甲乙两车道的黄绿红灯的闪烁时间。
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
S1（001）
甲绿，乙红
甲通行，乙禁止
S2（010）
甲黄，乙红
甲缓行，乙禁止
S3（011）
甲红，乙绿
甲禁止，乙通行
S4（100）
甲红，乙黄
甲禁止，乙缓行
1.3总体设计框架
１交通信号灯控制电路的系统框图
二、单元电路设计
2.1同步十进制计数器74ls160的引脚图如下
74LS760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控制的显示管要重1开始到4是一个循环因此要将其d0位至1，再将输出的Q2通过与非门接到清零的引脚来控制循环
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
Y1’
Y2’
Y3’
Y4’
R（红）
Y（黄）
G（绿）
r（红）
y（黄）
g（绿）
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：
G=Y1’Y2Y3Y4
Y=Y1Y2’Y3Y4
R=Y1Y2Y3’Y4+Y1Y2Y3Y4’
g=Y1Y2Y3’Y4
y=Y1Y2Y3Y4’
r=Y1’Y2Y3Y4+Y1Y2’Y3Y4
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
0
1
1
0
0
0
0
0
60
0
1
1
0
0
0
0
0
63
Y1
0
0
0
0
0
0
1
1
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Y2
0
0
0
1
1
0
0
0
18
0
0
0
1
0
1
0
1
15
Y3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
3
南北方向所显示的时间应该是59-0、3-0、15-0，由于74192是异步清零，所以要置的数应在原有的基础上加1，即为60、4、15。
2.4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、74ls10三输入与非门的引脚图
真值表如下
ABC
Y
000
1
001
1
010
1
011
1
100
1
101
1
110
1
111
0
2.5总电路设计图
三、安装、调试步骤
1、首先要确定仿真图的结果是否符合课程设计要求，仿真图要尽可能的清晰，特别是线多的地方注意不要重叠，所以要仔细看清每条线的走向。
并确定仿真图中的元器件是否在学校实验中心可以找到。
若不能则要重新修改电路图。
2、按照仿真图，到实验中心领取所需的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用，
3、测验设备，领到器件和实验箱后，首先检查实验箱的各个部件是否完好，特别是显示管，因为显示管特别容易烧坏，再测验一下芯片插槽是否连结完好，第三，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。
三、电路故障分析及电路改进
故障一：
在做仿真时，完全按照真值表画置数显示电路图，画好后发现，理论上该显示60秒，3秒，15秒，3秒的，却显示70秒，13秒，15秒，13秒。
高位都接了高电平。
而低位正常。
分析：
可能是计数器74ls192的高位中的最低位接了电源线或接错了接到了高电平，或者是芯片坏了。
故障二：
在连接好电路图后发现，由74ls160控制的显示器的循环不是从1到4而是从0到3。
分析：
可能是计数器的置数连接错误，我们需要置的是001然而实际上置的是000，可能是74ls160的最低为没有接高电平。
故障三：
在做仿真时我们需要的六个交通灯当南北方向是绿灯时东西方向是红灯，当南北方向是黄灯时东西方向任然是红灯但是实际上六个灯的显示状态出现了混乱。
分析：
可能是接线的时候把译码器的引脚接错了，或是中间接控制六个灯的线路接错了。
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
（2）
非门74lSL04（2个）
与非门74SL00（2个）
或门74SL32
（1）
与门74SL10
（1）
共阴极显示管（3）
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
总结与体会
这课程设计的两个星期是非常纠结的两个星期但同时也是非常充实的两个星期，因为数字电子技术本来我就学的不怎么好加上课程设计的课题远比我们以前学的要复杂跟要命的是我们还要准备期末考试，首先的时候很怕自己不会做，但是后来听了老师的讲述后我的心里有了大概的方向，首先我把数电的书又重新看了一遍重新了解各个芯片的功能以及各个引脚的接线情况，没有的通过查看图书馆里面的相关资料，尤其是那本西北工业大学出版的数字电子实验书给了我很大的启发以为那本书上有很多关于我这个课题的信息我按照老师和书上的指导开始自己设计了初步的设计图。
首先用一块７４ｌｓ１６０来记录当前显示的步骤然后再通过它与译码器相连来控制六个灯的状态，第一个部分就设计玩了然后可以单独检查这个部分是否正确，设计好第一部分后开始设计下面的置数部分通过译码器和其他的与非门和非门来控制置数最后通过７４ｌｓ１９２来控制倒计时，设计完成后开始仿真开始的时候因为没有注意到老师说的我置的数总是与步骤的相差了一个顺序后来通过修改终于仿真成功了，后来就是接线过程其实接线过程相对来说比较简单但是也要看你是否有良好的接线习惯以为这些电路只要你有一个地方接错或者是哪里没接的话都会影响运行，因此首先我们把实验台检查了一遍确定每部位都是好的后开始检查线是否是好的，然后开始检查其他的芯片，确认芯片是好的以后就开始接线了但我们接完以后发现数据总是有一点错误由于心急于是我们又重新接了一遍结果还是显示同样的数据，后来我们慢慢开始查故障因为我们要显示的数据是６０秒３秒１５秒３秒但是却显示的是７５秒１３秒１５秒１３秒我们把真值表列出来核对了一遍发现总是高位的最后一位是高电平从而使得高位总是多了一后来我们检查是不是哪一位接了高电平但是检查完后却不是那个问题后来我们想是不是芯片坏了呢于是我们把芯片换了结果数据显示正确那时候心里确实很激动。
通过这次数字电子课程设计使我深深懂得了很多的时候一个良好的习惯会使你事半功倍，磨刀不误砍柴功说的就是这个道理，因此无论是以后学习还是到了工作岗位我们都要养成良好的习惯只有这样我们学习和工作才会越来越顺利，同时要相信自己其实很多的时候看上去很复杂的事情只要我们一步一步脚踏实地地去做的话很多的事情你会发现是水道渠成。
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