課程設(shè)計--交通燈控制器

1、<p><b>　　西安郵電學院</b></p><p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計報告書</p><p><b>　　題目：交通燈控制器</b></p><p><b>　　交通燈控制器</b></p><p><b>　　一、任務(wù)要求：</b>&l

2、t;/p><p>　　為了確保十字路口的車輛順利暢通地行駛，往往都采用自動控制的交通信號燈來進行指揮。其中紅燈（R）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。 </p><p>　　設(shè)計一個十字路口交通信號燈控制器，其要求如下：</p><p>　　1.設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為r，y，g；東西方向的紅、黃、綠燈分別為R，Y，G，滿足

3、圖1 的工作流程并且可以并行工作：g（R）→r（G），黃燈用于閃爍提示綠燈變?yōu)榧t燈。</p><p><b>　　圖1：時序工作流程</b></p><p>　　2.滿足兩個方向的工作時序：東西方向紅燈亮的時間應(yīng)等于南北方向黃、綠燈亮的時間之和；南北方向紅燈亮的時間應(yīng)等于東西方向黃、綠燈亮的時間之和。其中東西方向為主干道，綠燈亮30秒，紅燈亮20秒，黃燈5秒；南北方向

4、為支干道，綠燈20秒，紅燈30秒，黃燈5秒。</p><p>　　3.十字路口要有數(shù)字顯示裝置，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體要求為：當某方向綠燈亮時，置計數(shù)器為某一個數(shù)值，然后以每秒減1的計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠燈交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，進入另一個方向的工作循環(huán)。</p><p>　　例如：當南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時，置南北方向數(shù)字顯示為19，并使

5、數(shù)顯計數(shù)器開始減“1”計數(shù)，當減法計數(shù)到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時，數(shù)碼管顯示的數(shù)值應(yīng)為4，當減法計數(shù)到“0”時，黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)碼管的顯示為29。</p><p><b>　　二、總體方案：</b></p><p>　　1．分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)

6、的原理框圖如圖2所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路后驅(qū)動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中： TL: 表示主干道或支干道綠燈亮的時間間隔，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，TL=1，否則，TL=0。TY：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，TY=1，否則，TY=0

7、。ST：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。</p><p>　　圖2 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖 </p><p>　　2．分析系統(tǒng)的狀態(tài)變化，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：</p><p>　　（1）主干道綠燈亮，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。綠燈亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號

8、ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （2）主干道黃燈亮，支干道紅燈亮。表示主干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，支干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。   （3）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。

9、   （4）主干道紅燈亮，支干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，支干道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。     交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進行控制的。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

10、工作狀態(tài)及功能如表1所示，控制器應(yīng)送出主、支干道紅、黃、綠燈的控制信號。如下：</p><p>　　表1 控制器工作狀態(tài)及功能</p><p><b>　　三、單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　1、脈沖產(chǎn)生電路：</b></p><p>　　用555產(chǎn)生，電阻，電容 如圖3：&

11、lt;/p><p><b>　　圖3：脈沖產(chǎn)生電路</b></p><p><b>　　2、狀態(tài)控制電路：</b></p><p>　　用74LS161實現(xiàn)，由于74LS161的輸出端按00—01—10—11一直循環(huán)下去，所以可以利用QB、QA作為狀態(tài)輸出端。如圖4：</p><p><b>

12、　　圖4：狀態(tài)控制電路</b></p><p><b>　　3、倒計時電路：</b></p><p>　　用 74LS161，74LS48 ， 7404，數(shù)碼管，電阻。如圖5：</p><p>　　當每一狀態(tài)發(fā)生變化時，置入的數(shù)據(jù)將跟著變。數(shù)碼管顯示秒數(shù)：</p><p>　　主干道

13、 支干道</p><p>　　S0：綠燈 29~0 紅燈（30秒）</p><p>　　S1：黃燈 04~0 紅燈（5秒）</p><p>　　S2：紅燈 19~0 綠燈（20秒）</p><p>　　S3：紅燈 04~0 黃燈

14、（5秒）</p><p><b>　　圖5：倒計時電路</b></p><p><b>　　4、信號燈電路：</b></p><p>　　用74LS74，74LS08，發(fā)光二極管。如圖6：</p><p><b>　　圖6：信號燈電路</b></p><p&

15、gt;<b>　　四、總體電路圖：</b></p><p>　　圖7：交通燈總體電路圖</p><p>　　五、各單元電路波形圖：</p><p>　　六、調(diào)試過程中的問題：</p><p>　　1、第一次畫好電路圖連接電路時，沒注意到面包板的線路是否連通，結(jié)果接完一個分支電路卻實現(xiàn)不了功能，后來先查發(fā)現(xiàn)面包板有一處不連

16、通，問題解決。而后面我也每完成一個分支電路都要用萬用表測試一下該單元電路的連通性和正確性，以避免同樣的錯誤再次發(fā)生。</p><p>　　2、第一次接好電路由于沒能結(jié)合面包板的連通性，致使最終所的的電路模型相當?shù)碾s亂，而且出現(xiàn)了幾處錯誤都不好檢查。后來我拆了重連，這次由于有了上次的經(jīng)驗，使得電路的布局大大簡化，而且還精簡了原電路圖，使用的芯片更少，功能更強，結(jié)構(gòu)簡單了，檢查電路也方便的多了。</p>

17、<p>　　3、調(diào)試電路前，首先要檢查一下各個芯片是否完好，我就為了一個壞掉的7474而浪費了2個小時的時間。在調(diào)試的時候，我的電路總是在記數(shù)的時候發(fā)生錯誤，經(jīng)檢查新片和電路均未有錯誤，我試著換了一個電源，一切正常，所以電源的穩(wěn)定很重要，要注意檢查。</p><p>　　4、由于是在一小塊面包板上完成一個集成電路，所以電路的連線比較繁瑣，接線的時候要特別注意芯片的管腳，同時注意一下芯片是否插緊，導(dǎo)線是

18、否松弛等等。</p><p>　　5、實驗中還遇到了其他的一些問題，但最后都在老師或同學的幫助下得到了完美的解決。</p><p><b>　　七、設(shè)計分析總結(jié)：</b></p><p>　　經(jīng)過這兩周的實習，我收獲最大的就是很好的復(fù)習了一下數(shù)電所學的內(nèi)容，同時也提高了自己的動手實踐能力，在實踐中去檢驗自己的知識，要比只看書本記得更牢，理解的更

19、深。</p><p>　　在連接電路上，我前前后后一共花了一周的時間，中間又拆了重連，雖說電路不復(fù)雜，但要把那么多細小的導(dǎo)線一根根按順序連起來也并非一時半會兒能弄好的，導(dǎo)線要橫平豎直，盡量不要交叉，不能從芯片上走線等等，這又給了我一次布線的機會(^-^)。</p><p>　　一個作品完成了，作品的好壞要從作品的質(zhì)量上看，而質(zhì)量就從作品（交通燈）的功能性和穩(wěn)定性來考慮，看它是否達到了設(shè)計所

20、要求的目標。</p><p>　　這次實習不僅僅是一次動手能力的實踐，也是鍛煉我們思維能力和意志力的實踐，我們從書上學到的是死知識，但通過實習，活躍了我們的思維，也給了我們一個發(fā)揮自己創(chuàng)新能力的機會，書本和實踐相結(jié)合，就是最終的作品。</p><p>　　既是動手實踐就會遇到各種問題，也會面對重重困難，不畏艱難，知難而進就是我們解決問題的方法。感謝這次實踐，感謝給我們安排這次實踐的老師，感

21、謝在實習中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。</p><p><b>　　八、參考文獻：</b></p><p>　　1、《數(shù)字電路邏輯設(shè)計》（脈沖與數(shù)字電路 第三版）</p><p>　　王疏銀 主編 高等教育出版社</p><p>　　2、《數(shù)字電路實驗指導(dǎo)書》</p><p>　?。ㄎ靼侧]電學院電

22、子與信息工程系）</p><p>　　張亞婷 王利 楊樂 周麗娟 郭華編</p><p>　　3、《高級邏輯器件與設(shè)計》.第一版.</p><p><b>　　齊懷印、盧錦編著.</b></p><p>　　北京：電子工業(yè)出版社，1996年</p><p>　　附表：實驗所需器材：</p&g