课程设计---交通灯控制器.doc

数字电路课程设计报告书 交通灯控制器学院名称：电子工程学院学生姓名：赵志强专业名称：集成电路一红绿灯交通信号系统功能概述红绿灯交通信号系统为模拟实际的十字路口交通信号灯。外部硬件电路包括：两组红黄绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、倒计时显示器（显示允许通行或禁止通行时间）及两片数码管。二红绿灯交通信号系统红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。倒计数计时器绿灯黄灯红灯红 黄 绿灯 灯 灯三任务和要求1设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向和南北方向车到俩条交叉道路上的车辆交替运行。在十字路口俩个方向上各设一组红、黄、绿灯，红灯表示禁止通行，绿灯表示可以通行。 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。因为主干道车辆较多，所以要求主干道通车时间比支干道长，主干道方向上绿灯亮的时间是30s，支干道上绿灯亮的时间是20s。每个干道上，在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s，以便后来的车辆有准备的停车。3.（附加功能） 当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向常通行，倒计时停止。当特殊情况结束后，按下自动控制开关，恢复正常状态。四 设计器材：1.设计所提供的元件有：74ls161 3个74ls04 3个74ls08 1个74ls00 2个74ls48 2 个数码管（共阴） 2个555 1个电容（4.7f，0.01f） 2个发光二极管6个(2绿2黄2红)电阻 （150k 1个；4.7k 1个；100 3个；）面包板 1块2.工具： 钳子一个；数字万用表一台。五总体方案：设计思路：在设计要求中要实现四种状态的自动转换，首先要把这四种状态以数字的形态表示出来-循环状态：（0001101100）。00表示主干道绿灯、支干道红灯；01表示主干道黄灯、支干道红灯；10表示 主干道红灯、支干道绿灯；11表示 主干道红灯、支干道黄灯。 利用一片74ls161设计模4计数器作为主控部分电路，来实现四种状态的循环。（只要用输出的低俩位就可以表示一个模4计数器）。再用俩片161级联，用上面第一片来控制这俩片161在模30、模5、模20、模5、再到模30的循环。 级联后的计数器电路控制实现倒计时显示。模值转换控制器实现红绿灯电路。摸值转换控制器实现模四计数器：用一片161或一片74（内含俩个d触发器）芯片来表示四种状态。此处用一片161来实现。及161的输出端的最低俩位来表示四种状态（俩高位输出端不用）。d c b a0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 1这样就实现了计数器按模30-模5-模20-模5所需的四种状态的循环。俩片161在模30、模5、模20、模5、再到模30的循环。这是交通灯电路的核心电路部分（三片161芯片）。其他的功能电路（除脉冲产生电路外）都围绕主控制电路及模值计数电路来实现自己的功能。例如，红绿灯显示电路是由起主控制作用的161来控制，倒计时显示电路是由模值计数电路控制的。总体方案原理框图：状态转移图：六 . 单元电路设计：(1) 秒脉冲信号发生器电路本设计的脉冲发生器所选用的芯片是555（定时器），在设计中555配合使用两个电阻（150千欧和4.7千欧）和两个电容（4.7微法和0.01微法）作为脉冲发生器，其作用是提供脉冲给计时器使其正常工作，通过对计时器的控制间接控制整个系统。原理图如下：（2）计时及控制电路部分：a.时钟信号发生器产生一个cp脉冲，计数器74161接受cp脉冲，实现同步计时。两片74161，实现计数功能，并通过非门产生倒计时。计数器的输入端用主控制器实现其模值循环。利用同步置数端，当高位输入为1101、低位输入为0110时实现模30的计数器；当高位输入为1111、低位输入为1011时实现模5的计数器；当高位输入为1110、低位输入为0110时实现模20的计数器。b.记时器状态产生模块：要以十进制输出，而又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。显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74ls161设计，并把它的cp端接秒脉冲,而且用俩片161，分别用来控制低位及高位片。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，而在显示是最好以人们习惯的数字0-9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，以0110-1111这些状态为有效状态。c.实现模10的倒计时。首先对控制个位输出的74ls161设计按要求对系统的状态不同，即红绿灯的状态不同，个位的进制也就要求不同。本人利用系统的状态量q1,q2控制74ls161的置数端d0，d1，d2，d3。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0110-0111-1000-1001-1010-1011-1100-1101-1110-1111，置d3，d2，d1，d0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置d3，d2，d1，d0为1011。 当状态为1111时，74ls161的状态必须跳到进入下一个循环，此时进位输出为1，我们可以把它的co非接入置数端ld！。再对控制十位输出的74ls161设计同设计控制个位输出的74ls161基本类似，用系统状态量q1,q2控制十位74ls161的置数端d3，d2，d1，d0。当系统处于gr状态时置d3，d2，d1，d0为1101，当系统处于yr或ry时置d3，d2，d1，d0为1111，当系统处于rg时置d3，d2，d1，d0为1110。同理我们将co2非接入置数端ld，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，通过控制十位的ent2或enp2端实现这一功能，把个位的co1接入ent2,enp2接1，当个位需进位，即完成一次循环，co1为1，则ent2=enp2=1,十位开始计数，其他时刻co1=0,则ent2=0,enp2=1，十位保持。161个输入端的状态：总控制器输出高位74ls161输入低位74ls161输入1q!1q!2q2qd0d1d2d3d0d1d2d3010111100110011011111011100111010110101011111011高位片：d3=d2=1 d1=q1+q2=（q1！q2！）！， d0=q1！+q2=（q1q2！）！低位片：d3=d0=q2 ， d2=q2! ， d1=1 设计时把co1,co2的与接入主控电路的双上升沿d触发器的cp，当完成一次计时，个位和十位同时完成循环，此时rco1=rco2=0,（其它时刻为1）cp出现一上升沿，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：（3) 倒计时显示电路两片74ls161（四位二进制同步计数器）和八个非门共同构成倒计时控制器，因为74ls161是加法计数器，在对它的每一个输出取反后，它就成为一个减法计数器，由此实现倒计时功能。74ls161的cp脉冲是由脉冲发生器直接提供的，输入是由74ls74的输出控制的，置数控制端是由自身的输出控制的。74ls48（七段显示译码器）是将74ls161的输出进行译码后输入到数码管显示。74ls161输出74ls04输出数码管显示高位低位高位低位高位低位111001100001100119111110110000010004110101100010100129111110110000010004电路图如下：(4) 红绿灯显示电路： 红绿灯显示也是表示电路所处状态，其必然与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（q1和q2）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主红(r)主黄(y)主绿(g)支红(r)支黄(y)支绿(g)00001100010101001010000111100010我们用中规模器件来实现,因为中规模器件不仅较小规模器件稳定,而且接线也教小规模器件简单.上面红绿灯的状态完全由q1和q2控制,我们可以用74ls161来实现.红绿灯接线及主控电路接线如下: 七 .总体电路图八关键电路波形图九、电路组装、调试过程中发生的问题及解决方法 1. 有时芯片坏了，及时发现换芯片。2.时钟信号产生电路连接后不知其是否正常工作。后用一个数码管检测不太准确，之后用示波器检测。3状态产生电路工作不正常:用低位片的进位端“rco”接高位片的“ent”“enp”端，每个芯片的进位端“rco”取反后接各自置入端“load”，检查置入的数字是否正确，最后用万用表检查输出端电压是否有明显变化。 4.数码管不能正常显示:首先检查译码芯片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是否正确。七. 心得体会这次数字电路逻辑设计实习让我感受颇多。在此过程中，我从毫无头绪到发现问题，再被问题困扰，再到一步步的跌跌撞撞的解决了所有问题。这个过程当中极大培养了自己的耐心也增强了自信心。这俩周数电课程设计不仅让我进一步熟悉数字电路课程理论知识，而且学着将所学的知识转化为实践中。但同时也意识到理论转化为实践的艰难。为期两周的实习，几乎每个人都可以把自己的设计成功的完成，动手能力强的人几天就可以完成，给我印象最深刻的就是：必须要有耐心，有毅力，还要细心。做完实验回过头来看，其实实验并没有我们刚接触时那么难，我们要做的就是循序渐进，比如在搭建模块时，不要指望一步求成，做好实验前的准备工作是很有必要的：设计框架、画电路图、查电板、芯片的好坏，做完一个模块测试一个模块等等都是很有必要的，这样你就会达到事半功倍的效果。以便很快的解决问题，不必浪费太多的时间。 八、参考文献1.王锍银主编，高等教育出版社2数字电路实验指导书作者：师亚莉 戢小亮 西安邮电学院 微电子 系 课程设计 过程考核表学生姓名班级/学号集电0802/04086045承担任务实验室（单位）电路与电子技术基础教学部所在部门电子工程学院实施时间2010年 6 月7 日 2010年 6月18 日具体内容第一周周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计；周三：电路仿真；周四：领取元器件，开始组装电路；周五：组装电路；第二周周一：组装电路；周二：老师验收电路；周三：写实验报告；周四：写实验报告；周五：实验总结；指导教师（师傅）姓名职务或职称指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能力 很强 一般 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 学生姓