數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)交通燈控制器(I).doc

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1、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目：交通燈控制器一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.綜合應(yīng)用數(shù)字電路知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器。了解各種元器件的原理及其應(yīng)用。2.深入了解交通燈的工作原理。3.鍛煉自己的動(dòng)手能力和實(shí)際解決問(wèn)題的能力。二 實(shí)驗(yàn)要求1）在十字路口的兩個(gè)方向上各設(shè)一組紅黃綠燈，顯示順序?yàn)槠渲幸粋€(gè)方向是綠燈，黃燈，紅燈，另一方面是紅燈，綠燈，黃燈。2）設(shè)置一組數(shù)碼管，以計(jì)時(shí)的方式顯示允許通行或禁止通行時(shí)間，其中一個(gè)方向上綠燈亮的時(shí)間為20秒，另一個(gè)方向上綠燈亮的時(shí)間是30秒，黃燈亮的時(shí)間都是5秒。3）當(dāng)任何一個(gè)方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動(dòng)開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)方向常通行，倒計(jì)時(shí)停止，當(dāng)特殊情況結(jié)束后，按下自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，恢復(fù)正

2、常狀態(tài)。4）選作：用兩組數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)雙向到計(jì)時(shí)顯示。三 使用元件器件型號(hào)數(shù)量器件型號(hào)數(shù)量1612LED6082電阻4.7K1043電阻150K1001電阻100歐姆1482電容4.7uF1741電容10315551數(shù)碼管2面包板1斜口鉗1四 總體方案的設(shè)計(jì)1分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫(huà)出其框圖交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖所示。它主要由控制器、定時(shí)器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器，數(shù)碼管和二極管的工作。 主控部分秒脈沖發(fā)生器交通燈倒計(jì)時(shí)控制部分?jǐn)?shù)碼管顯示反饋控制 2分析系統(tǒng)的狀態(tài)變化，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表： （1）主干

3、道綠燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上的車輛允許通行， 支干道禁止通行。 （2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。（3）主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行。 （4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上未過(guò)停車線的車輛停止通行，已過(guò)停車線的車輛繼續(xù)通行。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如下表所示：控制狀態(tài)信號(hào)燈狀態(tài)車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）主綠，

4、支紅主干道通行，支干道禁止通行S1（01）主黃，支紅主干道緩行，支干道禁止通行S3（11）主紅，支綠主干道禁止通行，支干道通行S2（10）主紅，支黃主干道禁止通行，支干道緩行五 單元電路的設(shè)計(jì)1） 秒脈沖產(chǎn)生電路通過(guò)555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不同的方波脈沖，即不同的頻率脈沖。課程設(shè)計(jì)需要秒脈沖，利用2個(gè)電容，2個(gè)電阻。脈沖產(chǎn)生2) 紅綠燈（發(fā)光二極管）顯示電路紅綠燈顯示是表示電路所處狀態(tài)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（A和B）決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有，AB主紅(R)主黃(Y)主綠(G)支紅(r)支黃(y)支綠(g)

5、00001100010101001110000110100010所以，R=A Y=AB G=ABr=A y=AB g=AB紅綠燈顯示電路接線如下:3） 計(jì)時(shí)部分電路計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同，而且要以十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示出來(lái)。采用兩個(gè)74LS161完成計(jì)時(shí)器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路：要以十進(jìn)制輸出，而又有一些狀態(tài)維持時(shí)間超過(guò)10秒，則必須用兩個(gè)74LS161分別產(chǎn)生個(gè)位和十位的數(shù)字信號(hào)。顯然，計(jì)數(shù)器能夠完成計(jì)時(shí)功能，我們可以用74LS161設(shè)計(jì)，并把它的時(shí)鐘cp接秒脈沖。74LS161計(jì)數(shù)器是采用加法計(jì)數(shù)，要想倒計(jì)時(shí)，則在74LS161輸出的信號(hào)必須經(jīng)過(guò)非門處理后才能

6、接入數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)74LS48，而在顯示是以0-9顯示計(jì)時(shí)，故在設(shè)計(jì)不同模值計(jì)數(shù)器確定有效狀態(tài)時(shí)，以0000，0001，0010-1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。例如：有效狀態(tài)10111100110111101111取非 01000011001000010000即 4-3-2-1-0 實(shí)現(xiàn)模5的倒計(jì)時(shí)。1.首先對(duì)控制個(gè)位輸出的74LS161設(shè)計(jì)按要求對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)不同，個(gè)位的進(jìn)制也就要求不同。利用系統(tǒng)的狀態(tài)量A,B控制74LS161的置數(shù)端D0D1D2D3。當(dāng)系統(tǒng)處在Gr或Rg狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是十（模10），即逢十進(jìn)一，當(dāng)系統(tǒng)處在Yr或Ry狀態(tài)時(shí)，個(gè)位的進(jìn)制是五（模5），即逢五進(jìn)一，模1

7、0時(shí)，有效狀態(tài)為0110，0111，1000，-1111，置D3D2D1D0為0110，模5時(shí)有效狀態(tài)為1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D為1011，由此有，ABD3D2D1D0000110011011110110101011D0=D3（Yy） D2=(Gg) D1=1當(dāng)狀態(tài)為1111時(shí)，74LS161的狀態(tài)必須跳到進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，此時(shí)進(jìn)位輸出為1，把它的CO非接入置數(shù)端LD。2.再對(duì)控制十位輸出的74LS161設(shè)計(jì)。同設(shè)計(jì)控制個(gè)位輸出的74LS161基本類似，用系統(tǒng)狀態(tài)量A,B控制十位74LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當(dāng)系統(tǒng)處于Gr狀態(tài)時(shí)置D3D2D1D

8、0為1101，當(dāng)系統(tǒng)處于Yr或Ry時(shí)置D3D2D1D0為1111，當(dāng)系統(tǒng)處于Rg時(shí)置D3D2D1D0為1110，有，ABD3D2D1D0001101011111111110101111D3=D2=1 D1=A+B=G D0=A+B=g同理我們將CO2非接入置數(shù)端LD*對(duì)一些級(jí)聯(lián)的處理當(dāng)計(jì)數(shù)超過(guò)10秒時(shí)，個(gè)位需向十位進(jìn)位，此時(shí)十位計(jì)數(shù)，其它時(shí)間其保持不變，通過(guò)控制十位的CLK端實(shí)現(xiàn)這一功能，個(gè)位的CO1非連接十位的CLK端，當(dāng)個(gè)位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則十位有脈沖,十位開(kāi)始計(jì)數(shù)，其他時(shí)刻CO1=0,十位沒(méi)有脈沖，十位保持。設(shè)計(jì)時(shí)把CO1,CO2的與接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器的c

9、p，當(dāng)完成一次計(jì)時(shí)，個(gè)位和十位同時(shí)完成循環(huán)，此時(shí)CO1=CO2=1,（其它時(shí)刻為0）cp出現(xiàn)一上升沿，觸發(fā)器計(jì)時(shí)，即系統(tǒng)跳到下一個(gè)狀態(tài)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始下一次計(jì)時(shí)。4）主控電路在設(shè)計(jì)要求中要實(shí)現(xiàn)四種狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，首先要把這四種狀態(tài)以數(shù)字的形態(tài)表示出來(lái)?？梢詢晌欢M(jìn)制數(shù)表示所需狀態(tài)（00Gr, 01Yr, 11Rg, 10Ry）,循環(huán)狀態(tài)：（0001111000）數(shù)字電路課程中介紹的計(jì)數(shù)器就是通過(guò)有限幾個(gè)不同狀態(tài)之間的循環(huán)實(shí)現(xiàn)不同模值計(jì)數(shù)，由此設(shè)計(jì)一模值為4的計(jì)數(shù)器，其輸出（代表不同狀態(tài)）既可以循環(huán)轉(zhuǎn)換，而且能夠控制其他部分電路。在課程設(shè)計(jì)中利用74LS74（雙上升沿D觸發(fā)器）設(shè)計(jì)模4計(jì)數(shù)器作為主控

10、部分電路。主控電路：六. 總系統(tǒng)電路圖（附后面） 七. 心得體會(huì)及分析 課程設(shè)計(jì)的這兩周，當(dāng)中有苦也有樂(lè)，從苦樂(lè)中我學(xué)到了很多東西。不僅很好的復(fù)習(xí)了一下數(shù)電所學(xué)的內(nèi)容，而且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。 第一天聽(tīng)了老師的講解，我了解了交通燈所要完成的各項(xiàng)要求和所需的各種器件。接下來(lái)就是去圖書(shū)館查資料，仔細(xì)看了幾本講解交通燈的書(shū)，我對(duì)所要設(shè)計(jì)的交通燈有了進(jìn)一步的了解。開(kāi)始設(shè)計(jì)電路，一部分并不難，但要把每一部分連在一起，最終實(shí)現(xiàn)要求就挺難的。設(shè)計(jì)好電路后，我去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路的仿真。仿真出來(lái)后發(fā)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)錯(cuò)了，我觀察了數(shù)字的變化，經(jīng)過(guò)多次嘗試，改了兩片161的級(jí)聯(lián)和脈沖，最后倒計(jì)時(shí)和燈都符合要求了。 仿真

11、出來(lái)特別開(kāi)心，等到連接電路的時(shí)候發(fā)現(xiàn)實(shí)際的連接線路要考慮布線、器件的位置等，還是有一定的難度的。不過(guò)經(jīng)過(guò)兩天的努力，終于把電路連接好了，插上電源一試，數(shù)碼管都不亮，后來(lái)查出正負(fù)極短接了，但是就是不知道哪里短接，問(wèn)了數(shù)碼管亮的同學(xué)才知道數(shù)碼管不要接正極，是共陰極的。電路終于好了，倒計(jì)時(shí)，燈都好了。電路是不允許出現(xiàn)一點(diǎn)錯(cuò)誤的，一個(gè)管腳連接出現(xiàn)問(wèn)題，都可能導(dǎo)致整個(gè)電路的功能不能實(shí)現(xiàn)。因此我們要有認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和足夠的耐心。這次課程設(shè)計(jì)不僅僅是一次動(dòng)手能力的實(shí)踐，也是鍛煉我們思維能力和意志力的實(shí)踐，我們從書(shū)上學(xué)到的是死知識(shí)，但通過(guò)課程設(shè)計(jì)，活躍了我們的思維，也給了我們一個(gè)發(fā)揮自己創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)。既是動(dòng)手實(shí)踐就會(huì)遇到各種問(wèn)題，也會(huì)面對(duì)重重困難，不畏艱難，就是我們解決問(wèn)題的方法。感謝老師為我們提供這次的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)和悉心的指導(dǎo)。