交通燈電路課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　數(shù)電課程設(shè)計</b></p><p>　　交通燈電路課程設(shè)計報告書</p><p><b>　　姓名: </b></p><p><b>　　學(xué)號: </b></p><p><b>　　專業(yè)班級: </b&g

2、t;</p><p><b>　　指導(dǎo)老師: </b></p><p><b>　　日期: </b></p><p><b>　　一.設(shè)計背景3</b></p><p><b>　　二 任務(wù)和要求3</b></p><p>

3、;<b>　　三、總體方案3</b></p><p>　　(1)主要功能為：4</p><p>　　(2)簡單原理如下：4</p><p>　　(3)總體方案原理圖4</p><p>　　四、單元電路的設(shè)計：6</p><p>　　(1) 時鐘脈沖產(chǎn)生電路：6</p>&

4、lt;p>　　(2)計時控制電路：7</p><p>　　(3) 主控電路8</p><p>　　(4).交通信號顯示電路9</p><p>　　(5).倒計時10</p><p>　　五 總體電路圖11</p><p><b>　　六、波形圖12</b></p>

5、<p>　　七 電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方法。12</p><p>　　八 分析和總結(jié)12</p><p><b>　　一.設(shè)計背景</b></p><p>　　在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益增長，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。因此，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通信號燈常用與交叉

6、路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，減少交通事故。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。</p><p><b>　　二 任務(wù)和要求</b></p><p>　　紅綠燈交通信號系統(tǒng)外觀示意圖如圖1所示。</p><p>　　1．在十字路口的兩個方向上各設(shè)一組紅黃綠燈，顯示順序為其中一方向是綠燈、黃燈、紅燈；另一方向是紅燈、綠燈、

7、黃燈。</p><p>　　2．設(shè)置一組數(shù)碼管，以倒計時的方式顯示允許通行或禁止通行時間，其中一個方向上綠燈亮的時間是20s，另一個方向上綠燈亮的時間是30s，黃燈亮的的時間都是5s。</p><p><b>　　三、總體方案</b></p><p>　　在一個有主、支干道的十字路口，主、支干道各設(shè)置一組紅、黃、綠三色的交通燈。紅燈亮表示禁止通

8、行，綠燈亮表示可以通行。在綠燈變?yōu)榧t燈之前，黃燈先亮5秒，以提示未通行的車輛準備停車。由于主干道車輛較多，所以要求主干道處于通行狀態(tài)的時間長一些，設(shè)為30秒；而支干道通行時間為20秒。</p><p><b>　　(1)主要功能為：</b></p><p>　　1.實現(xiàn)紅綠燈的交通管制功能；</p><p>　　2.在紅綠燈交換的前5秒，由黃燈

9、提示司機注意，準備停車，且此時綠燈熄滅；</p><p>　　3.可適應(yīng)主次干道不同的車流量的需要，擬設(shè)計主干道的車輛通行時間為30秒，支干道的車輛通行時間為20秒；</p><p>　　4.采用倒計時的方式，提示司機剩余時間。</p><p>　　(2)簡單原理如下：</p><p>　　由555時鐘信號發(fā)生電路產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號，確

10、保整個電路裝置計時工作穩(wěn)定進行。用一片74LS161作為計數(shù)器，將其輸出端通過非門與74LS48相連后，把74LS48輸出端連到數(shù)碼管上，實現(xiàn)倒計時。用另外一片74LS161作為狀態(tài)控制器，控制狀態(tài)變量Q2Q1的變化，即實現(xiàn)變化：00-01-10-11，從而使計數(shù)器實現(xiàn)模10、模2、模5的轉(zhuǎn)化。六個燈與由狀態(tài)控制器控制的74LS74的輸出端通過門電路直接相連。</p><p>　　(3)總體方案原理圖</p

11、><p>　　在電路中，555時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生一個以秒為單位的CP脈沖，計數(shù)器74LS161接受CP脈沖，實現(xiàn)同步計時。通過非門連接計數(shù)器輸出端與譯碼驅(qū)動電路，在數(shù)碼管上顯示倒計時。將兩片計數(shù)器的進位輸出RCO取反用以控制其自身循環(huán)置數(shù)，又兩片進位輸出RCO與后狀態(tài)控制器74LS161的脈沖信號，由此，狀態(tài)從00變至01，歷時30s；從01至10，歷時5s；從10至11，歷時20s；再從11變至00，歷時5s，依次

12、循環(huán)。狀態(tài)不同，計數(shù)器置數(shù)和紅綠燈如何顯示不同；計數(shù)器置數(shù)不同，則模值不同，狀態(tài)改變時間也不同。</p><p>　　然后狀態(tài)控制電路74LS161控制計時電路74LS161的輸入端。當(dāng)狀態(tài)控制電路的輸出Q1Q0為00時實現(xiàn)模30的計數(shù)器，此時主干道的綠燈和支干道的紅燈亮；為01時實現(xiàn)模5計數(shù)器，此時主干道的黃燈和支干道的紅燈亮；為10時實現(xiàn)模20的計數(shù)器，此時主干道的紅燈和支干道的綠燈亮；為11時實現(xiàn)模5的計數(shù)

13、器，此時主干道的紅燈和次干道的黃燈亮；然后Q1、Q0再回到00狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了交通燈的循環(huán)且實現(xiàn)了主支干道通車時間不同的功能。</p><p>　　(1). Q1Q0為00時，主干道綠燈與支干道紅燈亮，即：AG、BR，時間持續(xù)30s；</p><p>　　(2).Q1Q0為01時，主干道黃燈與支干道紅燈亮，即：AY、BR，時間持續(xù)5s；</p><p>　　(3)

14、.Q1Q00為10時，主干道紅燈與支干道綠燈亮，即：AR、BG，時間持續(xù)20s；</p><p>　　(4). Q1Q00為11時，主干道紅燈與支干道黃燈亮，即：AR、BY，時間持續(xù)5s；</p><p>　　四個狀態(tài)以00-01-10-11的順序循環(huán)出現(xiàn)。其工作流程圖如圖：</p><p>　　四、單元電路的設(shè)計：</p><p>　　(1

15、) 時鐘脈沖產(chǎn)生電路：</p><p>　　產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖（f=1Hz）信號，確保整個電路裝置同步工作和實現(xiàn)定時控制。用555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不同的脈沖信號，即不同的頻率的脈沖。</p><p><b>　　脈沖電路圖：</b></p><p>　　555芯片一片、4.7u和0.1u的電容、4.7k、和150k

16、電阻</p><p>　　(2)計時控制電路：</p><p>　　利用系統(tǒng)的狀態(tài)量Q1、Q0分別控制計數(shù)兩片74LS161的置數(shù)端D0，D1，D2，D3和D'0,D'1,D'2，D'3。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)處在AGBR時，進制是模30，低位有效狀態(tài)為0110，0111，1000，……1111，高位有效狀態(tài)為1101,1110,1111，低位置為0110；高位置110

17、1，當(dāng)系統(tǒng)處在ARBG時，進制是模20，低位有效狀態(tài)為0110，0111，1000，……1111，高位有效狀態(tài)為1101,1111，低位置為0111，高位置1110；當(dāng)系統(tǒng)處在AYBR或ARBY時，進制是模5，低位有效狀態(tài)為1011，1100，，1101,1110,1111，高位沒有有效狀態(tài)，低位置為1011，高位置1111:；由此有：</p><p>　　所以有： D3=Q0 D2=/Q2 D1=1

18、 D0=Q0</p><p>　　D'3=1 D'2=1 D'1= Q0 + Q1 Q'0=Q0 + /Q1</p><p>　　注：符號“/”代表邏輯非</p><p>　　按照上述函數(shù)表達式將代表狀態(tài)的信號分別連接至計數(shù)器低位置數(shù)端D3、D2、D1、D0和高位置數(shù)端D'3,D'2,D'

19、;1,D'0上，通過狀態(tài)變量控制置數(shù)。并將L兩計數(shù)器高位進位RCO通過非門連至其同步置數(shù)端LOAD上，即：當(dāng)此次計數(shù)至1111時，再接受一個脈沖信號，RCO由0變?yōu)?，同時，LOAD由1變?yōu)?，在脈沖到來時開始下一次置數(shù)。再將低位片的CP和高位片的LOAD上。</p><p>　　使用主要器件：74LS161、74LS04。</p><p><b>　　(3) 主控電路&

20、lt;/b></p><p>　　將控制狀態(tài)的74LS161的所有置數(shù)端接地，即置零，把高位和低位計數(shù)器的高位進位通過與門后作為狀態(tài)控制器的脈沖信號，當(dāng)每次計數(shù)器計到1111后，計數(shù)器的RCO將由0變?yōu)?，產(chǎn)生一個上升沿。由于要通過此片74LS161實現(xiàn)狀態(tài)變化：00-01-10-11，因此再將其輸出Q1與Q0通過與非門連至本芯片同步置數(shù)端LOAD上。</p><p>　　再用門電路

21、，依據(jù)D3、D2、D1、D0的函數(shù)表達式，把狀態(tài)控制器的輸出Q1、Q0與計數(shù)器的置數(shù)端相連接，實現(xiàn)狀態(tài)控制器與計數(shù)器相互控制。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　(4).交通信號顯示電路</p><p>　　紅綠燈顯示所代表的狀態(tài)，同樣與狀態(tài)控制電路的狀態(tài)一一對應(yīng)，即主控電路的輸出Q1和Q0決定了主干道和支干道的紅

22、綠燈的亮滅情況。如燈亮用“1”表示，燈滅用“0”表示，則有表：</p><p><b>　　(5).倒計時</b></p><p>　　當(dāng)每一狀態(tài)發(fā)生變化時，置入的數(shù)據(jù)將同時改變，通過非門連接，將計數(shù)器輸出信號加至七段數(shù)碼管譯碼驅(qū)動器74LS48上，然后把74LS48的輸出接到數(shù)碼管上，在數(shù)碼管上顯示倒計的秒數(shù)，具體顯示如表2：</p><p>

23、;<b>　　表2</b></p><p>　　使用主要器件：74LS48、74LS04、數(shù)碼管、限流保護電阻。</p><p><b>　　五 總體電路圖</b></p><p><b>　　六、波形圖</b></p><p>　　七 電路組裝、調(diào)試過程中發(fā)生的問題及解決的方

24、法。</p><p>　　在實驗中，器件的連接很容易出錯，不是面包板的接觸不良，就是導(dǎo)線較短，這些問題又不好檢查，只能用萬用表細心的檢測，也存在芯片壞掉的問題，經(jīng)常和別人換一下就好了，再有就是芯片的使能端應(yīng)注意，不能懸空。最后在按照原理圖檢查就好了。</p><p><b>　　八 分析和總結(jié)</b></p><p>　　兩周的實習(xí)就是將從課本

25、上的知識應(yīng)用于實際中，數(shù)字電路課程設(shè)計就是很好的實踐。在交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計中，充分的體現(xiàn)了動手能力和對課本知識的掌握程度。而設(shè)計過程又存在著許多的問題，由于面包板的地方有限，所以必須先合理的規(guī)劃每個模塊的位置，其次，芯片周圍的布線也得小心處理，粗心大意的代價就是局部短路。實習(xí)中更是將各個芯片的功能狀態(tài)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了一遍，熟練地用它們實現(xiàn)所需的功能。不過在所遇到的問題處理過程中有成功也有失敗，但這確實加強了自己的動手能力，最終我還是體會到成