交通灯控制器.docx
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交通灯控制器
1.课程设计题目：
交通灯控制器
2.任务要求
为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。
其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。
设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：
1.设南北方向的红、黄、绿灯分别为r，y，g；东西方向的红、黄、绿灯分别为R，Y，G，满足图1的工作流程并且可以并行工作：
g（R）→r（G），黄灯用于闪烁提示绿灯变为红灯。
2.满足两个方向的工作时序：
东西方向红灯亮的时间应等于南北方向黄、绿灯亮的时间之和；南北方向红灯亮的时间应等于东西方向黄、绿灯亮的时间之和。
其中东西方向为主干道，绿灯亮30秒，红灯亮20秒，黄灯5秒；南北方向为支干道，绿灯20秒，红灯30秒，黄灯5秒。
3.十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
具体要求为：
当某方向绿灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，十字路口红、绿灯交换，一次工作循环结束，进入另一个方向的工作循环。
例如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为19，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到绿灯灭而黄灯亮（闪耀）时，数码管显示的数值应为4，当减法计数到“0”时，黄灯灭，而南北方向的红灯亮；同时，使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数码管的显示为29。
3.总体方案的选择
控制状态
信号灯状态
车道运行状态
S0（00）
主绿，支红
主干道通行，支干道禁止通行
S1（01）
主黄，支红
主干道缓行，支干道禁止通行
S3（11）
主红，支绿
主干道禁止通行，支干道通行
S2（10）
主红，支黄
主干道禁止通行，支干道缓行
4.单元电路的设计
1、脉冲产生电路：
用555产生，电阻，电容如图1：
图1：
脉冲产生电路
2、状态控制电路：
用74LS161实现，由于74LS161的输出端按00—01—10—11一直循环下去，所以可以利用QB、QA作为状态输出端。
如图2：
图2：
状态控制电路
3、状态对灯的控制电路：
控制状态
信号灯状态
S0（00）
主绿，支红
S1（01）
主黄，支红
S3（11）
主红，支绿
S2（10）
主红，支黄
B、A为74LS139的输入3、2、1、0为输出；
R、Y、G、r、y、g分别表示主干道的红、黄、绿灯和次干道的红、黄、绿灯，由此有
B
A
3
2
1
0
R
Y
G
r
y
g
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
所以R=B,r=~B,y=~3,g=~2,Y=~1,G=~0
3、倒计时电路：
用74LS161，74LS48，数码管，电阻。
如图5：
当每一状态发生变化时，置入的数据将跟着变。
数码管显示秒数：
主干道支干道
S0：
绿灯29--0红灯（30秒）
S1：
黄灯04--0红灯（5秒）
S2：
红灯19--0绿灯（20秒）
S3：
红灯04--0黄灯（5秒）
a）计时器状态产生模块：
设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。
限于实验室器材本人采用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计。
设计思路：
要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别产生个位和十位的数字信号。
显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计，并把它的时钟cp接秒脉冲。
74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74LS161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74LS48，而在显示是最好以人们习惯的数字0---9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，本人以0000，0001，0010-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。
例如：
有效状态1011—1100—1101—1110—1111
取非0100—0011—0010—0001—0000
即4------3-------2--------1---------0
实现模5的倒计时。
在将74LS161改装成其他模值时既可以采用同步清零法，也可采用异步置数法，但0000不可能为有效状态，所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。
首先对控制个位输出的74LS161设计
按要求对系统的状态不同，即红绿灯的状态不同，个位的进制也就要求不同。
本人利用系统的状态量A,B控制74LS161的置数端D0D1D2D3。
当系统处在Gr或Rg状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在Yr或Ry状态时，个位的进制是五（模5），即逢五进一，模10时，有效状态为0110，0111，1000，-----1111，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D为1011，由此有，
B
A
D3
D2
D1
D0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
所以，D3=AD2=~AD1=1D0=A
当状态为1111时，74LS161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，我们可以把它的CO非接入置数端[LD]。
再对控制十位输出的74LS161设计。
同设计控制个位输出的74LS161基本类似，本人用系统状态量A,B控制十位74LS161的置数端D3D2D1D0。
当系统处于Gr状态时置D3D2D1D0为1101，当系统处于Yr或Ry时置D3D2D1D0为1111，当系统处于Rg时置D3D2D1D0为1110，有
B
A
D3
D2
D1
D0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
故，D3=D2=1D1=B+AD0=~B+A
同理我们将CO2非接入置数端[LD]
***对一些级联的处理
当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，本人通过控制十位的ETt2,ETp2端实现这一功能，把个位的CO1接入ETt2,ETp2接1，当个位需进位，即完成一次循环，CO1为1，则ETt2=ETp2=1,十位开始计数，其他时刻CO1=0,则ETt2=0,ETp2=1，十位保持。
设计时把CO1,CO2的与非接入主控电路的双上升沿D触发器的cp，当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时CO1=CO2=0,（其它时刻为1）cp出现一下降沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，红绿灯转换，计时器开始下一次计时。
b）数字显示模块：
我们用数码管将计时器产生的信号以数字形式显示出来，其中包括接数码管的驱动7448。
为了使显示十位数的数码管为零时不显示，必须将十位数码管驱动的[LT]接1，[BI]/[RBI]悬空，[RBO]接地，另一个驱动则上面的三个管脚只需都接1。
图3：
倒计时电路
5.画总体电路图
6.电路组装完成后，实际测量各个单元电路的输入、输出波形。
7.电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法
1）这次试验中遇到了很多问题，但是在老师的指导和自己的努力下最终还是解决了。
实验中遇到的第一个问题就是脉冲电路，那是连接的第一个电路，原理图没有问题，但是就是没有结果。
把图和电路检查了好多遍但是没有发现问题。
老师教会的第一个就是，电路的问题只拿眼睛观察使远远不够的，要用万用表进行测量，检查问题。
在老师的帮助下，用万用表测量了每节电路的导通与否，最终找到了电路连接的问题。
2）对数码管的检查，数码管不显示时，不只要检查每段电路的联通与否，还应用万用表测量下74LS48每个管脚的输入电压和输出管脚的电压是否对应。
从而检测问题在于线路连接还是面包板的插槽，甚至器件的好坏。
3）在调试中海遇到了个问题，当把电压接到面包板上时电源电压直接被拉成零，这是短路的现象，然后把电路板的每一部分单独测量看是否短路，终于发现时第三块板子出现了短路现象，一根一根线的挑，检测短路在那块。
最终发现板子的部分插槽内部自身已短路。
8.分析和总结。
这次课程设计是继电工电子线路试验后对数字电路的实际操作。
器件上就不很陌生，都有接触过，但是这次课程设计还是受益匪浅。
学到的不只是实验本事的知识，得到了好多好多……
老师都很和蔼，很耐心。
以前总觉得大学的老师知识渊博，架子会很大或都会让人敬而远之，但是事实否认了这一切。
要想知识渊博有成就，那肯是有耐心肯踏踏实实的学习钻研的人。
所以老师的耐心和和蔼体现了他们真的是不愧为人师表，我们要向他们学习的很多。
设计电路是第一步，开始的设计用74LS161控制各种状态时，每个灯的状态也用161的状态控制导致用了很多门电路，才一小部分就用去了很大块板子，最后通过修改用139进行控制电路就简单多了，对电路板的规划也就从这时候开始了，电路的优化还是很重要的。
但是前提是对各器件的功能要很了解，而且要会应用于实际。
基础真的很重要。
在开始遇到电路问题总是用眼睛看检查电路的连接时否正确，但是这样大部分问题是不能解决的，老师教我们用万用表怎样去检查电路。
这或许就是理论与实践吧，相差太远。
用仪器一点一点的测量，检查问题。
这需要的时耐心，和仔细认真。
和做人一样，要做的认真细致。
遇到事情不能只看表面的理论是否正确，要有不怕苦的精神和钻研的精神，深入其中。
我还记得王涛老师给我说的一句话，或许他已不记得，但是我却深深的记下，“你要相信，只要有问题，耐心的一步一步的检查总会检查出来的”或许老师只是说着鼓励我的，但是这句话的精神实在是一语道不破。
真的很感谢老师，我想您这句话真的会影响的我以后的生活。
老师在开始就告诉我们电路要连一部分测一部分，不然全连完了出现错误再检查就会很难。
这真的很正确。
一部分一部分的分析，这是一种很井然很有用的逻辑。
这也是很简单却常常被人忽略的的道理。
在实验室的最后一个下午，由于期末考试和复习都很紧张，好多人没有检查出来电路的问题，在这个时候他们想放弃了。
但是我看到老师给他们的鼓励，老师没有让他们就这样放弃。
我还记得这样两句话：
“你看这个男同学也没做出来，但是人家还在面带笑容的连着”，“我刚都在她跟前表扬你了，你可要好好的连啊”虽然简单的几句话，但是意义就不止那么简单。
或许一个老师的魅力就在于此吧，在于他的人格魅力。
教书育人，以前的初高中真的只看到了教书，育人就太少了。
在这里我看到了育人，而且教书也一点不次。
我想我们的学习就应该是这样吧。
或许应该写和实验中的问题相关的总结吧，但是我好像写偏了。
但是真的觉得这次实验的内容或许在以后会忘记会用不上，但是学到的这些东西会一生受益吧。
或许影响很小但是事情都是这样的，积少成多从而量变达到质变。
虽小却不可缺少。
真的很谢谢老师，感谢您让我学到了这些。
9.参考文献
1．《数字系统设计---数字电路课程设计指南》高书莉编著北京邮电出版社
2．《数字电路逻辑设计---脉冲数字电路第三版》王银主编高等教育出版社
3．《数字电路实验指导书》张亚婷杨乐郭华王利周丽娟编西安邮电学院电子与信息系统工程系
实际所用器材：
1
计数器
74LS161
三片
2
七段译码器
74LS48
两片
3
二输入与非门
74LS00
一片
4
非门
74LS04
三片
5
脉冲产生芯片
555
一片
6
七段LED数码管
两个
7
发光二极管
六个
8
100欧姆、4.7K欧姆、150K欧姆电阻
R
共六个
9
4.7微法、0.01微法电容
C
各一个
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