课程设计---交通灯控制系统设计.doc

西安郵電學院数字电路课程设计报告书 题目：交通灯控制器系部名称：学生姓名： 专业名称：班 级：时间：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，显示顺序为其中一个方向是绿灯，黄灯，红灯，另一方面是红灯，绿灯，黄灯；2）设置一组数码管，以计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间为20秒，另一个方向上绿灯两的时间是30秒，黄灯亮的时间都是5秒；3）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。4）选作：用两组数码管实现双向到计时显示。三、系统总体设计方案及系统框图方案一：系统的计时器是由161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块161级联组成，161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。系统的主控制电路是由一块112，jk触发器组成，它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态。系统的译码器部分是由一块139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。设计原理：交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器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。tl:表示绿灯时间间隔为30秒，即车辆正常通行时间间隔，定时时间到，tl=1，否则tl=0；ty: 表示黄灯时间间隔为5秒，定时时间到，ty=1，否则ty=0；st: 表示定时器到了规定时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。定时器主干道信号灯控制器秒脉冲发生器译码器次干道信号灯tltyst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一定的“0” 、“1 ”信号，电路图如下图所示：2.定时器系统的定时器是由161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块161级联组成，红灯和黄灯各位一片，161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，电路图如下图所示：绿灯红灯 黄灯 3.译码器系统的译码器部分是由一块139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，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，如下图所示： q1 q2 主红 主黄 主绿次红 次黄 次绿 0 00 0 11 0 0 0 10 1 01 0 0 1 11 0 00 0 1 1 01 0 00 1 04.控制器控制器是系统的主要部分，系统的主控电路是由一块112，jk触发器组成，它是整个系统的核心，由它控制定时器和译码器的工作。tl:表示绿灯时间间隔为30秒，即车辆正常通行时间间隔，定时时间到，tl=1，否则tl=0；ty：表示黄灯时间间隔为5秒，定时时间到，ty=1，否则ty=0；st：表示定时器到了规定时间后，由控制器发出状态转换信号，由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。电路图如下图所示：j1 k1 jo ko0 00 1 0 x1 x0 11 11 xx 01 1 1 0 x 0 x 11 00 0x 10 xj1= k1=pjo=ako=b5、用到的器件：74ls161 4块 74ls139 1块 74ls112 1块 74ls04 2块 74ls08 3块 74ls32 1块555 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6、该设计方案的优点：各个模块可以独立设计，一个模块的变动不会太影响其他模块，仿真的结果和设想的一样。7、该设计方案的缺点：用到的芯片比较多，由于老师对芯片有所限制，艘已拥有限的芯片难以实现设计；而且，连接线路比较复杂，实际操作会有一定的困难；译码器还要和七段显示译码器相连，线路比较复杂。方案二：交通灯控制系统可大体分为：时钟产生电路，状态产生电路，交通信号显示电路和时间信号产生电路。其状态图如所示： 设计原理： 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一定的“0” 、“1 ”信号。这些信号通过时间显示电路转化成时间信号，在通过数码管显示时间。同时这些信号通过交通灯显示电路转化成6个独立的交通灯信号，用二极管代替交通灯，实现红绿黄灯之间的转换。其中主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。根据设计主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74ls161级联实现，u1代表低位芯片，u2代表高位芯片，取反码容易实现后面的时间显示代码，以进行倒计时，其真值表如图所示。 u2d3c2b1a0，u1d3c2b1a0分别为7ls161高、低位输入信号.“0”为低电平，“1”为高电平，二极管在高电平的时发光，低电平的时不发光。序号状态u2 u1 u2 u1时间序号东西南北d3c2b1a0 d3c2b1a0d3c2b1a0 d3c2b1a0绿黄红绿 黄红 01001101 0110 0010 100129100001021101 01110010 1000 28100001031101 10000010 0111 27100001041101 10010010 011026100001051101 10100010 010125100001 : : : : : :111110 01100001 100119100001121110 01110001 100018100001 : : : : : : : : : : :211111 0110 0000 100109100001221111 0111 0000 100008100001 : : : : : :27 1111 1100 0000 00110310000128 1111 1101 0000 001002100001291111 11100000 00010110000130 1111 1111 0000 00000010000131011111 1011 0000 010004010001321111 11000000 0011 03010001331111 11010000 0010 0201000134 1111 11100000 000101010001351111 11110000 0000000 1000136111110 0110 0001 100119001100371110 0111 0001 100018001100 : : : : :46 1111 0110 0000 100109001100 : : : : : : : : 531111 11010000 00100200110054 1111 1110 0000 00010100110055 1111 1111 0000 0000 00 0 011005610 1111 1011 0000 01000400101057 1111 1100 0000 00110300101058 1111 1101 0000 00100200101059 1111 1110 0000 00010100101060 1111 1111 0000 000000001010用g表示主干道的绿灯，y表示主干道的黄灯，r表示主干道的红灯，用g表示次干道的绿灯，y表示此干道的黄灯，r表示次干道的红灯,则灯的表达式为： _ _ _ _ _ _g=q2 q1 , y=q2q1,r=q2,g=q2q1,y=q2 q1,r =q2 ，d=y+y,c=d,b=0,a=d d=1,c=1,b=g,a=g单元电路的设计：1. 秒脉冲信号发生器 产生稳定的“秒”脉冲（f =1hz）,确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。由1个555定时器，1个0.01uf电容，1个4.7 uf电容，1个5.1k电阻和1个150k电阻。其电路图如图所示：2,计时器：根据设计，主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74ls161级联实现计时，仿真中只有163，所以如图所示：3、控制器：控制器是电路的核心部分，用74ls74作为控制器，让他直接控制交通灯，而灯的持续时间由控制器的脉冲来控制，由真值表可以知道控制器的脉冲是由计时器的计时状态决定的，如下图所示：4、译码器由于我设计的是倒计时，所以在经过译码器之前必须用“非门”取其反码在经过译码器，这样七段显示译码器显示的将是倒计时，如下图所示：5、用到器件：交通灯控制电路的实现主要使用2个74ls161，2个74ls48，1个74ls00，2个74ls04，1个74ls08，1个74ls74，1个555定时器共10个芯片，其使用器件如图所示： 主要芯片 数量/个其他器材数量/个74ls1612数码管274ls482二极管674ls042限流电阻274ls0014.7uf电容174ls0810.01uf电容1555定时器1150k电阻 174ls7415.1k电阻16、该设计方案的优点：该设计方案用的期间都限制在老师要求的范围内，而且用到的器件较少，设计简洁，主要功能全部实现，达到了节省高效的目的。而且实际操作过程中比较简单，不容易出现连线错误。7、该设计方案的缺点：模块的独立性不好，一个受一个控制过于紧密，一个模块的错误可能导致其他错误。设计的每种状态可以保持要求的时间，但并未设想得从29变道00，而是数码管显示00时，状态已经跳转，但这个通过改进可以克服这一弱点。通过比较，采用第二种方案更好一些。四、所选方案关键电路波形图74ls161的时序波形图五、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。六、 电路组装中发生的问题及解决方案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，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，高电平大于3v，低电平小于0.4v。如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题。2、数码管不能正常显示看数码管是怎样显示的，如果显示乱码，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。如果数码管中某些段不亮，检查接线是否正确，对应针脚电压是否变化。如果是某些段不灭也不完全亮，换一个数码管试试。3、交通灯不显示或不按仿真的状态显示：检查二极管是否能发光，然后检查二极管接线处是否良好，最后检查接线是否按照状态方程连接正确。4、数码管与交通灯配合有问题：本来设想的是，一个状态持续时间为从最高时间倒计时到零，比方设想为状态持续从29到0，再转入下一个状态。可实际连出来为状态持续时，数码管显示为0，29-1，因为电路连接没问题，所以仔细检查设计过程，原来是设计中将两个计时器的进位端通过“与门”,再将其作为控制器的脉冲，由于我一直取得是反码，所以到零时，正好两计时器都进位，“与” 以后为1，作为控制器的时钟脉冲，而控制器是上升沿d触发器，这样正好使交通灯转入下一个状态，所以出现这种状态，我对电路作了改进，终于达到预期效果。 七、所选方案的总电路图八、总结两周的电路实习，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。查找资料和设计电路及其仿真相对来说需要时间并不多，花费时间最多的是各个单元电路的连接及各个模块的检测。为了连好电路，便整天坐在实验室里，尽管我们每天只有半天时间，但为了方便电路的检测和请教老师，我便跟着电科的学生一起上实验课。晚上也是连线到凌晨3点多，有时真的很想放弃，但看着自己的劳动成果，心有不甘，还是咬咬牙坚持了。在连接完最后一个模块，进行检测时发现最后一个芯片所用的电路板的孔有问题，那是真的不知道怎么办，换板的话，以前所做的一切等于徒劳，我只能放弃以前的布局思想，将最后的芯片挪到电路板的其他地方。连完后，调试过程中发现本来设想的是，一个状态持续时间为从最高时间倒计时到零，比方设想为状态持续从29到0，再转入下一个状态。可实际连出来为状态持续时，数码管显示为0，29-1，因为电路连接没问题，所以仔细检查设计过程，原来是设计中将两个计时器的进位端通过“与门”,再将其作为控制器的脉冲，由于我一直取得是反码，所以到零时，正好两计时器都进位，“与” 以后为1，作为控制器的时钟脉冲，而控制器是上升沿d触发器，这样正好使交通灯转入下一个状态，所以出现这种状态，我对电路作了改进，终于达到预期效果。这次电路实习，不但让我体会到设计成功时的喜悦，而且，从设计到电路连接都让我受益匪浅，不仅通过实践巩固了课本上的知识，而且在实际运用中活学活用，扩大了知识面，了解了更多的芯片。通过实习，我懂得如何合理的做一个实验，以及做电路设计时的一些好习惯。做一个设计，首先要在设计上多用心，保证设计的正确性。然在设计中要灵活变动。在实际操作中，要熟练掌握各个芯片的功能，根据所提供的器件，总体要有一个布局的概念。在实现部分电路功能时，要做到模块化操作，做好一个模块再进行下一个模块的连接，这样能提高很高的效率，减少很多麻烦。在检测电路的时候，要针对现象进行分析，估计是什么地方的错误，不能没有目的的盲目检测，还要选择合适的检测仪器。检测中还要学会正确使用万用表中的一些功能。在实际的连接中，还要注意一些连接顺序，要先连接振荡电路，测试无误后方可连接其他。所有的数码管，二极管都要接限流电阻。不能带电插拔。所有器件的多余输入不能悬空，做合适的处理。有些不高不低的电平信号，会造成逻辑上的错误，导致无法检测出电路的问题所在。所以实际操作中有很多的问题值得我们注意，在解决的同时又会掌握不少实际应用的能力。设计中还要有一些科学的习惯，力求设计的精简，和分析处理问题的准确性。 同时这次电路设计实习，使得我对数字电路更感兴趣，并且，在设计的过程中，积极去查阅资料，不仅学会了 独立思考，而且学会了在遇到困难的时候不慌忙，不乱阵脚，仔细查找问题。更好的提高了自己的动手能力，还主动帮助同学查找问题。虽然这次设计遇到了很多麻烦，包括设计因素和客观因素，但能解决这些麻烦提前完成设计，