数电课程设计交通灯的设计制作.docx
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数电课程设计交通灯的设计制作
数电实验报告
交通灯的设计、制作
一、课程设计（论文）要求及原始数据（资料）：
1）每个方向有两对灯，分别为红、绿。
2）每个方向的绿灯、红灯的定时时间可以预设，一个方向绿灯亮时另一个方向红灯亮。
定时时间用数码管显示，红绿灯指示用发光二极管。
3）绿灯、红灯顺序点亮，循环往复。
4）控制器要自带时钟，为了时钟精度和得到占空比为50%的标准1Hz时钟，最后的时钟通过分频得到。
时钟脉冲源利用555电路产生。
计数器使用CD4511，74168，74390。
二、主要参考文献（资料）：
[1]董儒胥，《电工电子实训》，北京：
高等教育出版社，2002年
[2]谢克明，《电子电路EDA》，北京：
兵器工业出版社，2001年
[3]阎石，《数字电子技术基础》北京：
高等教育出版社，2006年
[4]陈明义主编《电子技术课程设计指导》中南大学出版社，2002年
一、设计题目及内容
交通信号灯控制器
（1）、用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
（2）、南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为20秒、4秒、24秒，一次循环为48秒。
黄灯是间歇闪耀。
设计计时显示电路（减“1”计数）。
（3）、可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
二、器件与器材
1、二输入四与非门74LS00
2、四输入双与非门74LS20
3、六倒相器74LS04
4、八输入与非门74LS30
5、正沿双D触发器74LS74
6、同步十进制可逆加、减计数器（8421BCD码）74LS168
7、振荡分频器CD4060
8、BCD七段显示译码器CD4511
9、555定时器555
10、LED共阴七段数码管BS207
11、微动开关、拨盘开关、继电器、LED（红、绿、蓝）、电阻、电容、二极管、三极管、光敏二、三极管、导线……等。
12、工具（镊子、剪刀、万用表、电烙铁……）
三、使用仪器设备
1、稳压电源（±5V，±15V）；
四、参考文献
1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；
2、有关“电子技术课程设计指导书”；
3、“集成电路特性应用手册”；
2、EDA技术使用教程
3、其他。
五、设计总结报告主要内容
1、任务及要求；
2、方案特点；
3、各组成部分及工作原理（应结合框图写）；
4、单元电路设计与调试；
5、总逻辑图；
6、总装配图；
7、实验结果分析（画出必要的波形，进行测量精度和误差分析）；
8、调试中出现问题的解决；
9、改进意见及收获体会等。
1设计任务及要求…………….…………………………….…...（9）
2系统总体设计方案……………………………….……………（10）
2.1总体设计方案…………………………………………..………..……….….…（10）
2.2方案特点…………………………………………………..………..…………..（10）
3控制电路设计…………………………………………...…….（10）
3.1控制电路工作原理………………………………………..………..……….....（10）
3.2参数计算…………………………………….…………………………....（10）
3.3器件选型…………………………………….…………………………....（12）
4振荡电路设计………………………………...……………….（12）
4.1用555制作秒脉冲………………………………………..………..………….（12）
5计数电路设计………………………………...……………….（13）
5.1计数电路工作原理………………………………………..………..………….（13）
5.2参数计算…………………………………….……………………………（13）
5.3器件选型…………………………………….……………………………（13）
6译码显示电路设计…………………………...……………….（14）
6.1译码显示电路工作原理…………………………………..………..……….....（14）
6.2参数计算…………………………………….……………………………（14）
6.3器件选型…………………………………….……………………………（14）
7系统总体电路设计…………………………...……………….（16）
7.1系统总体电路…………………………………..……….………..……….....（17）
7.2电路说明…………………………………….………………………….（18）
8电路调试……………………………………...……………….（19）
8.1振荡电路调试及实验结果分析…………………………………….…..（19）
8.2计数电路调试及实验结果分析…………………………………….…..（19）
8.3译码显示电路调试及实验结果分析……………………………………（19）
8.4控制电路调试及实验结果分析………………………………………...（19）
8.5系统联调及实验结果分析………………………………………….….（19）
9改进意见及收获体会………………………...………………（19）
10器件明细清单………………..……………...………………（20）
参考文献……….………………….…………………………….（20）
1设计任务及要求
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；
（2）交通灯控制器设计要求如下：
1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
2.南北、东西方向绿、黄、红灯亮时间分别为20秒、4秒、24秒，一次循环为48秒（图1）。
黄灯是间歇闪耀。
设计计时显示电路（减“1”计数）。
3.可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪耀。
图1设计草案
2系统总体设计方案
2.1总体设计方案
图2总体设计方案
2.2方案特点
道路较窄而车辆通行较多，支线、干线的车辆通行时间不等，允许人工监控或修改各线通行时间，同时设有道路应急控制。
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，并且能够在人监控状态下，干道、支道通行时间通过键盘修改或通过开关人为控制。
本设计在很多方面，比如译码器的选择，定时器选型，程序调用方式等等尽量做到不与本组其他成员雷同，程序编制力求简便清晰，硬件连接图在保证每根具体用到的管脚线都能被表示出来的同时，力求线路连接清晰明确，尽量不使线与线之间过于缠绕。
并且保证了电路工作的稳定性，同时加入了人工控制线路，可以更好的处理应急事件（如交通管制），晚上的黄灯闪烁对于夜间行驶的汽车起到提醒作用。
3控制电路设计
3.1控制电路工作原理
它由74LS164组成扭环形12进制计数器，然后经译码后，输出十字路口南北﹑东西二个方向的控制型号。
其中黄灯信号须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿﹑红灯灭。
3.2参数计算
由波形图3可知，计数器每次工作循环周期为12，所以可以选用12进制计数器。
计数器可以用单触发器组成，也可以用中规模集成计数器。
这里我们选用中规模74LS164八位移位寄存器组成扭环形12进制计数器。
扭环形计数器的状态如表2所示。
t
计数器输出
南北方向
东西方向
Q0Q1Q2Q3Q4Q5
NSG
NSY
NSR
EWG
EWY
EWR
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
000000
100000
110000
111000
111100
111110
111111
011111
001111
000111
000011
000001
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
图3控制电路波形图
表2扭环形计数器状态表
根据状态表，我们不难列出东西方向和南北方向绿﹑黄﹑红灯的逻辑表达式：
东西方向绿：
EWG=Q4·Q5
黄：
EWY=（Q4）'·Q5
红：
EWR=（Q5）'
南北方向绿：
NSG=（Q4）'·Q5
黄：
NSY=Q4·（Q5）'
红：
NSR=Q5
由于黄灯要求闪耀几次，所以用顶时标1s和EWY或NSY黄灯信号相“与”即可。
3.3器件选型
74LS164、74LS11、74LS08、74LS32、74LS04
74LS164
引出端符号（图4）
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
逻辑图：
图474LS164接脚图
4用555制作秒脉冲
输出频率为1Hz,占空比为50%.
5计数电路设计
5.1计数电路工作原理
当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。
由于东西方向红灯信号（EWR=0），使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使另一方向——东西方向减法计数器开始工作。
在减法计数器开始之前，由黄灯亮信号使减法计数器先置入数据，图中接入LD的信号就是由黄灯亮（为高电平）时，置入数据。
黄灯灭（Y=0），而红灯亮（R=1）开始减计数。
5.2参数计算
由实验要求可以设置计数器初始值，由两个74LS168共同设置成24并随着秒脉冲依次下降。
5.3器件选型
74LS192、74LS08、74LS04
74LS192
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图6所示：
图674LS192结构图
图中：
PL'为置数端，CPU为加计数端，CPD为减计数端，（TCU）'为非同步进位输出端，（TCD）'为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
6译码显示电路设计
6.1译码显示电路工作原理
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。
译码显示可用74LS48BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。
6.2参数计算
根据实验要求，译码显示电路注意的就是接线，拐脚一定要对应正确否则会出现乱码等情况。
6.3器件选型：
LC5011-11、74LS48
74LS48译码器（图7）
图774LS48接脚图
7系统总体电路设计
注：
74LS248用74LS48代替，74LS168用74LS192替代。
图8统总体电路
7.2电路说明
交通灯控制系统功能图它主要由减法计数器、步骤控制器、置数逻辑电路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。
其中控制部分由74LS164组成扭环形12进制计数器，然后经译码后，输出十字路口南北﹑东西二个方向的控制型号。
其中黄灯信号须满足闪耀，并在夜间时，使黄灯闪亮，而绿﹑红灯灭。
当南北方向绿灯亮，而东西方向红灯亮时，使南北方向的74LS168以减法计数器方式工作，从数字“24”开始往下减，当减到“0”时，南北方向绿灯灭，红灯亮，而东西方向红灯灭，绿灯亮。
由于东西方向红灯信号（EWR=0），使与门关断，减法计数器工作结束，而南北方向红灯亮，使另一方向——东西方向减法计数器开始工作。
显示控制部分实际上是一个定时控制电路。
当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”而停止。
译码显示可用74LS48BCD码七段译码器，显示器用LC5011-11共阴极LED显示器，计数器材用可预置加、减法计数器，如74LS168、74LS193等。
当开关K3处于夜间模式时，南北与东西方向的黄灯会闪烁，这样对于夜间行驶的车辆起一个警示提醒作用。
对于手动控制部分，对于临时调整红绿灯情况有了很好的解决。
电路里面的秒脉冲可以使用振荡电路获得，此次实验直接使用了实验箱提供的1Hz的方波信号。
对于电路中替换的电路元器件使用方法和原器件基本上不变，完全可以参照电路图实现。
8电路调试
8.1振荡电路调试及实验结果分析
实验所用秒脉冲直接使用了实验箱上1Hz信号（产生方法如上面讲的产生方法），通过分频器实现信号周期的变化，用以提供电路信号。
8.2计数电路调试及实验结果分析
观察数码管的显示情况，如果24循环过后回复的话，说明计数正常。
如果出现问题：
1.显示最大数不对，是由于74LS192置数端不对，初始值错误
2.如果显示乱码原因可能是由于与译码器接口不对。
3.如果计数器不工作（不倒计时）可能原因可能是电路连接错误，注意查线，保证线路的正确性。
8.3译码显示电路调试及实验结果分析
观察数码管的显示情况：
出现乱码或无数值，检查接口74LS48和74LS192以及数码管对应是否正确。
如果数码管无任何显示，可能原因是共阴极没有接地。
8.4控制电路调试及实验结果分析
用观察电路左半部分电路的红绿黄灯的时间，符合要求说明控制电路正常工作。
并且要保证夜间模式时，黄灯处于规律闪烁状态。
如果出现灯闪烁频率不对，检查秒脉冲是否正常。
如果灯不闪或不亮，需检查电路，看是否电路连接正确。
8.5系统联调及实验结果分析
统一左半部分红绿灯的闪烁时间与颜色和右半部分的数码管的倒计时显示，对应正确说明电路正常，如果不对应或某一部分过快，检查各集成块初始值设置和秒脉冲分频是否正确。
如果红绿灯时间不正确，看分频器连接是否正确。
9改进意见及收获体会
缺陷：
红黄绿灯亮的时间不是很准确，主要是分频器的原因，此次设计使用的是两个二分频器，秒脉冲信号周期变为四倍。
改进：
使用三进制计数器，每三秒给74LS164一个上升沿信号
体会：
经过一周的努力，我终于完成了电子课程设计——交通灯控制电路系统。
通过这次电子技术课程设计,使我对数字电子技术在实践中的应用有了更深刻的理解。
通过该课程设计，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。
通过一周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。
我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。
在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐.这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：
1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。
加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2、查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。
3、相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的分频器的设计，开始并不理解分频器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了分频器的基本原理后，很快的设计了电路原理图。
经过这次课程设计，我学到很多东西。
社会的不断发展电子产品使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。
10器件明细清单
1.集成电路：
74LS74、74LS164、74LS192、74LS248、BS207、CD4060
2.门电路74LS11、74LS08、74LS32、74LS04
3.显示：
LC5011-11，发光二极管（三色）
4.电阻10k555
5.双掷开关
参考文献
[1]阎石主编．数字电子技术基础（第四版）．北京：
高教出版社，2000
[2]董儒胥，《电工电子实训》，北京：
高等教育出版社，2002年
[3]阎石，《数字电子技术基础》北京：
高等教育出版社，2006年
[4]陈明义主编《电子技术课程设计指导》中南大学出版社，2002年
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