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西安邮电学院数电实习实验报告第0页共14页西安邮电学院数字电路课程设计报告书——交通灯控制器学院名称：电子工程学院学生姓名：汤奇（02）专业名称：光电信息工程班级：光电0904实习时间：2011年12月19日——2011年12月30日西安邮电学院数电实习实验报告第1页共14页数字电路课程设计报告书题目：交通灯控制器内容摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。关键词：脉冲产生电路、主控电路、信号灯转换器、计数电路。西安邮电学院数电实习实验报告第2页共14页目录一、设计的目的及要求…………………………………………………………31．设计目的……………………………………………………………………32．课程设计内容与要求………………………………………………………3二、概述……………………………………………………………………5三、方案设计与论证…………………………………………………………………51．方案设计………………………………………………………………………52．论证……………………………………………………………………………5四、单元电路设计与分析……………………………………………………………61．555定时器构成多谐振荡器……………………………………………62．用74LS161计数器构成5、20、30进制计数器…………………………73．总控电路模块…………………………………………………………………84．计数显示模块…………………………………………………………………95．交通灯控制模块……………………………………………………………10五、总电路图及元器件清单…………………………………………………………101．元器件清单…………………………………………………………………102．总电路图……………………………………………………………………11六、遇到的问题及结论………………………………………………………………111．遇到的问题…………………………………………………………………112．结论…………………………………………………………………………11七、心得体会…………………………………………………………………………12八、参考文献…………………………………………………………………………12西安邮电学院数电实习实验报告第3页共14页一、设计的目的及要求一、课程设计目的1）掌握脉冲信号发生器，译码器，控制器，数码管等器件的使用方法和工作原理。2）理解74LS161、74LS139、555、74LS48等芯片的使用方法。3）掌握简单数字电路原理的分析和电路设计的流程。4）学会简单设计的电路，培养分析，连接与查错的能力。二、设计内容与要求•在实验板上构造一个交通灯控制系统•系统能产生两个方向的交通控制信号，每个方向的交通灯由红、绿、黄3个灯组成，在实验板上交通灯使用发光二极管。•通行时间由设计者自行确定•用数码管显示交通灯的倒计时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。图1：时序工作流程控制器状态S0控制器状态S1控制器状态S2控制器状态S3支干道红灯亮主干道绿灯亮支干道绿灯亮主干道黄灯亮定时30定时5秒定时20秒定时5秒支干道绿灯亮支干道黄灯亮主干道红灯亮主干道红灯亮西安邮电学院数电实习实验报告第4页共14页交通指示灯状态转换图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。状态1左右黄灯亮前后红灯亮状态0左右绿灯亮前后红灯亮状态3左右红灯亮前后黄灯亮状态2左右红灯亮前后绿灯亮西安邮电学院数电实习实验报告第5页共14页二、概述控制系统主要由定时器、控制器、双D触发器和脉冲信号发生器。定时器，有74LS161来计时，利用同步置数的方法，经过非门输入到74LS48中译码控制数码管倒计时。而控制器是有译码器和定时器共同工作完成的。脉冲信号发生器，利用它发生一秒一次的方波信号输出，从而使得定时器得到隔一秒一次的脉冲方波从而控制计时工作。信号发生器同时也控制相应时间段的LED亮灭，从而做到数秒结束LED的状态同步转换。从前面提到的主控制时序图可以得知，总共控制LED的转换形态有四种。可以用74LS74来控制产生四种状态再经过各种逻辑门电路去控制LED和计时器，从而控制数码管倒计时。控制状态如下：状态信号灯状态00主绿、支红（时间30秒）01主黄、支红（时间5秒）10主红、支绿（时间20秒）11主红、支黄（时间5秒）1.当控制状态为00时，，主干道绿灯亮，支干道红灯亮。此时主干道通行，支干道禁止通行。这段时间是30s，数码管实现倒计时。2.当控制状态为01，，主干道黄灯亮，支干道红灯亮。此时主干道缓行，支干道禁止通行。这段时间是5s，数码管实现倒计时。3.当控制状态为10，主干道红灯亮，支干道绿灯亮。此时主干道禁止，支干道通行。这段时间是20s，数码管实现倒计时。4.当控制状态为11，主干道红灯亮，支干道黄灯亮。此时主干道禁止，支干道缓行。这段时间是5s,码管实现倒计时。三、方案设计与论证1．方案设计2．论证用示波器来测量555构成的多谐振荡器产生的脉冲周期是否为1s；连接数码显示管来西安邮电学院数电实习实验报告第6页共14页显示各个状态的转换以及每种状态持续的时间来验证控制电路知否正确；根据交通指示灯状态转换图来检验信号译码驱动电路是否正确。四、单元电路设计与分析1．555定时器构成多谐振荡器555定时器构成的多谐振荡器脉冲输出部分为555时基芯片构成的多次谐波震荡器，电路原理图如上：其中器件参数分别为R1=4.7kΩ，R2=150kΩ，C1=4.7μF，C2=0.01μF。产生的时钟脉冲为周期T=1s的方波。电容C1充电时，暂稳态持续时间为tw1=0.7(R1+R2)C=0.7×(150k+4.7k)×4.7μ≈0.5s电容C1放电时，暂稳态持续时间为tw2=0.7R2C=0.7×150k×4.7μ≈0.5s因此，电路输出矩形脉冲的周期为T=tw1＋tw2≈1s输出占空比为q=tw1/T≈50%C2为0.01uF，若C1取10uF，依据公式周期T=（R1+2R2）Cln2可计算出R1+2R2=144k欧姆时可得到周期为1s的振荡信号。西安邮电学院数电实习实验报告第7页共14页2．总控电路模块利用一片161①四位二进制计数器实现s0，s1，s2，s3四个状态，用QA,QB,的00,01,10,11四个状态表示利用计数总控模块产生的四种状态s0，s1，s2，s3列出真值表得出四种不同的置数，送到高位计数161①和低位161②的置数端161③161①（高位）161②（低位）QBQAD0D1D2D3D0D1D2D30010110110（计数30）0111111101（计数5）1001110110（计数20）1111111101（计数5）高位低位D3＝D2＝1D3＝D0＝QA西安邮电学院数电实习实验报告第8页共14页D1＝A+BD2＝D0＝D1＝13．用74LS161计数器构成5、20、30进制计数用74LS161，74LS48，7404，数码管，电阻。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）以计数30秒为例计数显示cp信号（161①）290280....190....020010001(上升沿)西安邮电学院数电实习实验报告第9页共14页040..010001显示00时置数端发生变化，从而下一个计数从要求的数字开始倒数4.计数显示模块电路图如下：利用6个非门将高低位161的输出端QA,QB,QC,QD通过04取非实现倒数计时计数器计数（正计数）显示（倒显示）0110.………………………………91000………………………………7.1011…………………………….4.1110……………………………….11111……………………………….0西安邮电学院数电实习实验报告第10页共14页5.交通灯控制模块QBQA主、次干道灯颜色00绿红01黄红10红绿11红黄电路图如下：五、总电路图及元器件清单1．元器件清单表1元器件清单元件序号型号主要参数数量备注U2\U3\U474LS1613个模16计数器7SEG-BCD2个数码管显示器U1074001个与非门U7\8U74482个数码管驱动译码U6741391个二-四译码器U9\U1174042个非门D1\D2LED-GREEN2个绿色发光二极管D3\D4LED-RED2个红色发光二极管D5\D6LED-YELLOW2个黄色发光二极管U574742个D型锁存器U15551个555定时器R1\R210WATT1K72K\72K2个电阻西安邮电学院数电实习实验报告第11页共14页C1\C2AUDIO220N0.01uF\10uF2个电容2．总电路图六、遇到的问题及结论1.遇到的问题通过为期两周的课程设计，我应用所学数字电子技术顺利得完成了交通灯控制器的设计。期间，我查阅里很多相关书籍，学到了很多知识，并利用它们设计了符合设计要求的信号产生器、计数器、控制电路等。不仅巩固了课堂知识，而且有效的和实际结合在了一起，扩展了所学知识和见识。在设计过程中遇到不少问题，如相关元件运用条件不熟、接口不对应等问题，感觉到书本知识与实际问题及需要结合的难处，但也激发了我这方面的兴趣，提高了理论结合实际的意识2.结论1、第一次画好电路图连接电路时，没注意到面包板的线路是否连通，结果接完一个分支电路却实现不了功能，后来先查发现面包板有一处不连通，问题解决。而后面我也每完成一个分支电路都要用万用表测试一下该单元电路的连通性和正确性，以避免同样的错误再次发生。2、第一次接好电路由于没能结合面包板的连通性，致使最终所的的电路模型相当的杂乱，而且出现了几处错误都不好检查。后来我拆了重连，这次由于有了上次的经验，使得电路的西安邮电学院数电实习实验报告第12页共14页布局大大简化，而且还精简了原电路图，使用的芯片更少，功能更强，结构简单了，检查电路也方便的多了。3、调试电路前，首先要检查一下各个芯片是否完好，我就为了一个坏掉的7474而浪费了2个小时的时间。在调试的时候，我的电路总是在记数的时候发生错误，经检查新片和电路均未有错误，我试着换了一个电源，一切正常，所以电源的稳定很重要，要注意检查。4、由于是在一小块面包板上