交通灯控制器课程设计实验报告

中南林业科技大学课程设计交通灯控制器12011级课程设计实验报告交通灯控制器院（系）：计算机与信息工程学院专业年级:2011级通信工程一班姓名:谢仙学号:20114505指导教师:杨菊秋2013年06月25日中南林业科技大学课程设计交通灯控制器2目录1引言………………………………………………………………………32任务与要求………………………………………………………………33课程设计摘要及整体方框图……………………………………………34课程设计原理……………………………………………………………44.1555定时器……………………………………………………………54.2七位二进制计数器4024………………………………………………64.3二进制可逆计数器74LS193……………………………………………84.4数码显示电路…………………………………………………………9结论………………………………………………………………………10体会与收获…………………………………………………………………10附录：1、整体电路原理图…………………………………………………112、元件表………………………………………………………………123、焊接与调试…………………………………………………………12中南林业科技大学课程设计交通灯控制器31引言交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路组成。秒脉冲发生器由NE555产生脉冲，计数器由74LS193和4024实现，译码电路采用74LS48和七段数码管来显示。2设计任务与要求交通灯控制信号的应用非常广泛。本电路设计一个交通灯控制器，需要达到的目的如下;一个周期64秒，平均分配，前32秒红灯亮，后32秒绿灯亮。在红灯亮的期间的后8秒与红灯在一起的黄灯闪烁（注意：红灯同时亮）。为了显示效果明显，设计闪烁频率为1。在绿灯亮的期间的后8秒与绿灯在一起的黄灯闪烁（注意：绿灯同时亮），为了显示效果明显，设计闪烁频率为1。在黄灯闪烁期间，数码管同时倒计时显示，在此期间以外，数码管不亮。3课程设计摘要及整体方框图为了完成交通灯控制电路的设计，方案考虑如下：一个脉冲信号发生器，一个二进制加法计数器，一个十进制减法计数器，红灯与绿灯以及黄灯是否亮是由二进制加法计数器的输出端状态来决定的，因此，设计一个组合逻辑电路，它的输入信号就是二进制加法计数器的输出信号，它的输出就是发光二极管的控制信号，因此，需要一个组合逻辑电路，六个发光二极管（二个红色发光二极管，二个绿色发光二极管，二个黄色发光二极管）电路，一个数码管显示电路。结构图如下：中南林业科技大学课程设计交通灯控制器44课程设计原理分析及相关知识概述脉冲信号发生器由定时器555构成。二进制加法计数器由七位二进制加法计数器构成。十进制减法计数器由74LS193可逆可预置十进制计数器构成。组合逻辑电路根据其输入输出的逻辑关系后再确定电路芯片。驱动器选用74LS48。从以上讨论可知，需要对所采用的芯片有比较详细的了解。下面对以上几种芯片的基本知识和基本特性进行介绍。555脉冲振荡器4024计数器组合逻辑电路发光二极管电路193计数器74LS48驱动器数码管中南林业科技大学课程设计交通灯控制器54.1555定时器555定时器是一块常用的集成电路，电路符号如左图所示，8为电源端VCC，1为公共端GND。所加电源电压范围：4.5VVCC18V，最大输出电流达200mA。内部电路原理图如右图所示，内部有三个相同的分压电阻，每个电阻上的电压都为1/3VCC。两个比较器C1和C2，C1的比较电压为2/3VCC，C2的比较电压为1/3VCC，当比较器“+”端电压大于比较器“-”端电压时，比较器输出高电平（其状态用1表示），当比较器“+”端电压低于比较器“-”端电压时，比较器输出低电平（其状态用0表示）。G1，G2两个与非门构成基本RS触发器，G3为输出缓冲反相器，起整形和提高带负载能力的作用。T为泄放三极管，为外接电容提供充放电回路。利用555定时器设计电路时，主要是考虑如何让2和6的电位发生变化（外接信号或利用电容器的充放电过程实现）而让定时器的输出状态发生变化，而设计成各种具有不同功能的电路。实际555器件如小图所示，有小圆点对应的脚为1脚，依逆时针方向依次为2，3，4，5，6，7，8号脚。555应用：多谐振荡器（产生连续矩形波信号），电路原理如图所示（4脚为高电平时，电路振荡，4脚为低电平时，电路不振荡）。开始时，内部泄放三极管由于其基极输入为低电平，是截止的，电源通过R2和R1对电容器C充电，2，6脚电位开始上升，当上升到2VCC/3时，电路状态发生翻转，内部泄放三极管由于其基极输入为高电平，所以饱和导通，电容器通过R1放电，2，6脚电位又开始下降，直至降到VCC/3，电路状态再次发生翻转，内部泄放三极管截止，电源再次对电容器充电。这样周而复始，输出连续的矩形波信号，由3脚输出。一般取C1为103电容。理论推导出，振荡器的频率由电阻R1，R2和电容C决定。中南林业科技大学课程设计交通灯控制器6CRRf)2(43.121脉冲波的占空比由电阻R1和R2决定，结果为21212RRRR可见，当R2越小时，占空比接近50％。4.2七位二进制计数器4024七位二进制计数器4024各脚功能如图所示，14脚为电源端，所接电源电压范围：+3V--+15V，7脚接地GND。2脚为复位端（清零端），高电平有效。1脚为脉冲信号输入端，下降沿有效（即计数器在脉冲下降沿时刻计数）。Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七个数据输出端，Q7为最高位，Q1为最低位。当输入脉冲信号后，计数器输出端的状态变化：0000000—1111111。本电路中的组合逻辑电路的输入信号为二进制计数器的输出信号Q7Q6Q5Q4Q3Q2，设计Q2信号频率为1，而输出应为六个表示路口交通灯信号的发光二极管（一方为红绿黄灯DR1，DG1，DY1；另一方为红绿黄灯DR2，DG2，DY2）的控制信号，分别用LR1，LG1，LY1和LR2，LG2，LY2表示，但注意到DR1和DG2状态相同，DG1和DR2状态相同，DY1和DY2状态相同，所以实际上只要三个输出信号即可，分别用L1，L2，L3表示。组合逻辑电路的输出信号L1，L2，L3与电路的输入信号Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2的关系用如下真值表表示：中南林业科技大学课程设计交通灯控制器7Q6，Q5，Q4，Q3，Q2的关系用如下真值表表示：编号Q7Q6Q5Q4Q3Q2L1L2L3说明0--1500xxxx100红1绿2亮16--23010xxx100红1绿2亮24--31011xxx101红1绿2黄12亮32--4710xxxx010红2绿1亮48--55110xxx010红2绿1亮56--63111xxx011红2绿1黄12亮从以上可知71QL，需要低电平有效时，71QL72QL，需要低电平有效时，72QL56563QQQQL71QL，需要低电平有效时，71QL72QL，需要低电平有效时，72QL56563QQQQL考虑到黄灯需要闪烁，可以让L3信号和Q1信号（频率为2HZ的脉冲波）加到一个二输入的与非门的两个输入端，输出信号为L4，134QLL当L3为0时，14L当L3为1时，14QL可见，需要L4低电平有效，这样，L3为0时，黄灯不亮，L3为1时，黄灯闪烁。中南林业科技大学课程设计交通灯控制器8由以上讨论可知，需要二个二输入的与非门，三个非门，为节约器件，三个非门中的二个非门用与非门实现，另一个非门用三极管实现。这样，需要四个二输入的与非门，正好可以用芯片74LS00，一个三极管构成的非门。74LS00外形为DIP14，74LS00是一块四-二输入的数字集成芯片，内有四个完全一样的二输入的与非门，14脚接VCC（+5V），7脚接地GND。它们中的四个二输入的与非门如图所示，其中A，B为与非门的两个输入端，Y为输出端。额定拉电流4mA，额定灌电流8mA。额定输出高电平电压3.6V。4.3可逆十进制计数器选用74LS193可预置二进制可逆计数器74LS193简介74LS193外形结构为DIP16，其中（8）脚接GND，（16）脚接+5V电源。1CU—加计数脉冲信号输入端。2CD—减计数脉冲信号输入端。注意：用其中一个输入端时，另一个输入端接高电平。3Q3,Q2,Q1,Q0--计数器数据输出端，Q3为最高位，Q0为最低位。4P3,P2,P1,P0---计数器预置数输入端，当计数器处于预置数状态时，通过该输入端预置数，此时Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0。中南林业科技大学课程设计交通灯控制器95MR—复位信号输入端，上升沿有效，即当MR从0跳到1时，计数器复位，此时Q3Q2Q1Q0=0000。当MR=0时，计数器处于计数状态。6PL—预置数功能控制端，低电平有效，当PL=0时，计数器处于预置数状态，当PL=1时，计数器处于计数状态。7TCU—加计数进位信号输出端。8TCD—减计数借位信号输出端。根据设计要求，预置数为8，P3=1，接高电平（电源），P2=P1=P0=0，接低电平（地GND）。黄灯不亮，即L3=0时，计数器需要处于预置数状态，即PL=0，黄灯亮，即L3=1时，计数器需要处于计数状态，即PL=1。可见，PL=L3.作为减法器使用，CU接高电平，CD接脉冲信号Q2。因计数器处于计数状态或预置数状态，不能处于复位状态，因此让MR=0.从前面讨论可知，多谐振荡器的振荡频率为2HZ。以此确定多谐振荡器电路的电阻和电容。4.4数码显示电路四线-七段译码器/驱动器74LS48(内带上拉电阻)16脚接电源+VCC=+5V，8脚接地GND。DCBA为8421BCD码数据输入端，D为最高位，A为最低位。a,b,c,d,e,f,g(高电平有效，输出电流小于6mA)为7个输出端，分别接七段数码管的7个输入端a,b,c,d,e,f,g,所接数码管必须是共阴数码管。LT灯测试输入端，低电平有效，即当此灯为低电平且RBOBI/为高电平（或开路）时，输出全为高电平，数码管内所有发光二极管全亮。RBOBI/消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效），只要此端为低电平，输出全为低电平，数码管内所有发光二极管全不亮。RBI脉冲消隐输入端,低电平有效。当此端为低电平且ABCD也同时为低电平时，输出全为低电平，数码管内所有发光二极管全不亮。中南林业科技大学课程设计交通灯控制器10从以上结果知道，要让数码管正常显示0—9，3，4，5脚都要接高电平。要让数码管显示1—9而不显示0，则3接高电平，5接低电平，4悬空（或电源通过电阻接4）。这实际上就是消0，例于最高位的数码管就希望是这样。组成数码管的七段实际上就是七个发光二极管，当这七个发光二极管中不同的二极管亮时，就显示0—9中不同的数字。数码管的输出引脚有两种形式，一种是上下排列，一种是两边排列，各引脚名称如下面两图所示。61105结论经过焊接与调试之后，结果符合要求。在红灯亮的期间的后8秒与红灯在一起的黄灯闪烁，闪烁频率为1。在绿灯亮的期间的后8秒与绿灯在一起的黄灯闪烁，闪烁频率为1。在黄灯闪烁期间，数码管同时倒计时显示，在此期间以外，数码管不亮。体会与收获通过这次课程设计，加强了我的动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了，完成了课程设计的任务并且达到了设计的要求。虽然花了很多时间，但是从中学到了很多东西。做课程设计的时候，自己把刚刚学完的数电知识回顾了一遍，对个别元器件的逻辑功能以及用法清楚的了解了一遍。增强了自己对知识的理解，很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了。在课程设计的过程中想了很多种方案，对同一个问题（像计数器的接法）都想了很多不同的接法，用不同的芯片进行了比较，并且向数电老师仔细询问各个芯片的优缺点，最后还是采取了上面的方法进行连接。在焊接完成之后第一次调试试时，发现前24秒第一个红绿灯不亮，