数字电路课程设计-交通灯实验报告.doc

一、 课程设计题目交通灯控制系统设计二、 设计的任务和要求1）在严格具有主、支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。要求：在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯；顺序无要求；2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间。红（主：r,支：r）绿 （主：g，支：g）黄（主：y，支：y）三种颜色灯，由四种状态自动循环构成（gryrrgry）;并要求不同状态历时分别为：gr:30秒，rg:20秒，yr,ry:5秒。三、系统总体设计方案及系统框图方案一：芯片设计（1）芯片功能及分配交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器、数码管和秒脉冲信号发生器等器件组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。1）系统的计时器是由74ls161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块74ls161级联组成.74ls161是4位二进制同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能。2）系统的主控制电路是由74ls74组成，它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态。3)系统的译码器部分是由一块74ls48组成，它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态。整个设计共由以上三部分组成。（2）设计原理：1)总体方案如图： 2）各单元电路的设计： 1. 秒脉冲信号发生器 时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生秒脉冲，电路图如下图所示： 2. 主控制电路 d1=q1/q2+/q1q2(/表示取非) d2=/q2 clk=co2 clr和pr均置1.主控制电路可产生00-01-10-11-00控制信号。3.红绿灯显示电路红绿灯显示也是表示电路所处状态，其主控电路的状态一一对应，受到主控电路控制，即主控电路的输出决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。如亮用1表示，灭用0表示，则有:q1q2主黄(y)主绿(g)主红(r)支黄(r)支绿(y)支红(g)00100001010011001000101011010001所以，r =q1/q2+/q1q2, y=/q1/q2, g=q1q2; r=/q1/q2+q1q2, g= q1/q2, y= /q1q2.电路图如图： 4. 计时部分电路a) 计时器状态产生模块：设计要求对不同的状态维持的时间不同，限于实验室器材只提供74ls161.因要以十进制输出，且有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74ls161分别产生个位和十位的数字信号。故计数器能够完成计时功能。因而采用两个74ls161级联完成计时器状态产生模块设计。设计思路：(1)实现所需模值将74ls161的时钟cp接秒脉冲。74ls161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74ls161输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74ls48，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，要以0000，0001-1111这些状态中靠后的状态为有效状态。我采用异步置数法完成不同模值转化的实现。a)实现模5的倒计时有效状态10111100110111101111取非即为 01000011001000010000即 4-3-2-1-0b)实现模9的倒计时 有效状态011001111000.1111取非即为 1001100001110110.-0000即 9-8-7-6-5-4-3-2-1-0（2）对控制个位输出的74ls161设计本人利用系统的状态量q1,q2控制74ls161的置数端d0d1d2d3。当系统处在gr或rg状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在yr或ry状态时，个位的进制是五（模5），即逢五进一，模10时，有效状态为0110，0111，1000，-1111，置d3d2d1d0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置d3d2d1d为1011，由此有，q1q2d3d2d1d0001011010110101011110110所以，d0=d3=/q2 d1=1 d2=q2 当状态为1111时，74ls161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出co为1，可给co取非然后接入置数端ld。对于使能端ett,etp均接1.（3）对控制十位输出的74ls161设计。同设计控制个位输出的74ls161基本类似，本人用系统状态量a,b控制十位74ls161的置数端d3d2d1d0。当系统处于gr状态时置d3d2d1d0为1101，当系统处于yr或ry时置d3d2d1d0为1111，当系统处于rg时置d3d2d1d0为1110，有：q1q2d3d2d1d0001101011111101110111111故，d3=d2=1 d1=/(q1q2) d0=/(/q1q2)同理给co2取非接入置数端ld（4）对级联的处理当计数超过10秒时，个位需向十位进位，此时十位计数，其它时间其保持不变，控制十位的使能端ett2,ett2端实现这一功能，把个位的co1接入ett2（etp2）,etp2(ett)接1，当个位需进位，即完成一次循环，co1为1，则ett2=etp2=1,十位开始计数，其他时刻co1=0,则ett2=0,etp2=1，十位保持。设计时co2接入主控电路的双上升沿d触发器的clk，当完成一次计时，co2=0（其它时刻为1）时cp出现一下降沿，触发器计时，即系统跳到下一个状态，红绿灯转换，计时器开始下一次计时。电路图如下： 5. 数字显示模块：我们用数码管将计时器产生的信号以数字倒计形式显示出来，故先用74ls74取非。其中包括接数码管的驱动74ls48。为了使显示十位数的数码管为零时不显示，须将十位与个位数码管驱动的/lt，/rbi，/(bi/rbo)接1。 记时部分电路如下： （3）所用的器件： 74ls161 2块 74ls04 2块 74ls48 2块 74ls08 1块 74ls32 1块 555 1块 74ls74 1块 七段显示译码器 2块 发光二极管红、绿、黄各两个，电阻，电容 （4）电路连接步骤1、按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。2、首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。3、整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。这样不断调试，直到达到预期结果。4、改进布线，力求精简。（5）电路组装中发生的问题及解决方案 刚开始用的电路板因用时间较长，插上芯片后均需按住芯片才能工作。这样造成芯片管脚接触极为不良。以致问题很多。最终更换了一个新的面包板。出现以下问题：1、秒脉冲信号发生电路是否产生脉冲把万用表调到20v电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，刚开始555芯片通电后，电压总是被拉低，（即将3.6v电压拉至3.1v）采取的措施是：检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，均正确时更换了芯片。且检查了电路板。，最终此问题至今未搞懂。但过了些时间，自动正确。2、数码管不能正常显示数码管显示乱码，我检查了译码芯片74ls48是否接线正常，然后检查各针脚对应输出是否正确，最后检查数码管接线