电气与信息工程系数电课程设计--交通信号灯控制器.docVIP

湖南工程学院课 程 设 计课程名称 数电课程设计 课题名称 交通信号灯控制器 专 业 自动化 班 级 1191 学 号 201101029118 姓 名 徐瑞先 指导教师 周京广老师 2013年 03月 28日一、 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:40秒，Rg:30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。 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。表如亮用1表示，灭用0示，则有:Q1Q2主黄(Y)主绿(G)主红(R)支黄(r)支绿(y)支红(g)00100001010010101000110011010001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，Q1Q2D3D2D1D000101110110001011110110 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：Q1Q2D3D2D1D0001111011101101111111100 故，D3=D2=1 D1=/Q2 D0=/Q1+/Q2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。接线显示如图所示： （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、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是否正确。如果数码管中某些段一直不亮，那就检查数码管是否已坏，更换一个数码管。2、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，确保二极管接线处良好后，检查了接线按照状态方程连接。经检查正确，故一步一步往控制电路74LS74处检查。还正确。最终检查了74LS161有问题，更换后电路正确。 七、所选方案的总电路图8 总结通过两周以来的努力，我们终于完成了数电课程设计。在整个课程设计的过程中我们确实也受益匪浅，这次的课设是对于我们平时所学知识的一个整合，考验的不仅仅是理论知识，更是理论转化为实际的能力。在刚一接到任务的时候，我们原以为这个设计应该是一个比较容易的事情。但是在真正动手去操作的时候，却发现有的问题却不是那么的简单。在设计电路的阶段中，我们发现了以前学习中的许多知识漏洞，尤其是在对与某些芯片的使用过程中，我们在网上和图书馆里查询了许多的相关资料，加深了我们对于某些芯片的理解和使用。尤其在接线的过程中，实际接线的难度远远大于我们的想象。但是存在故障的时候，我们并没有气馁，而是迎难而上。我们首先是自己检查故障，发现自己解决不了故障的时候，我们及时的和老师以及同学进行了沟通，在大家的共同努力下我们最终排除了各种困难，顺利的完成了任务。 看着交通灯按照我们的指示在转变，闪亮，心里有种说不出的成就感。 电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案的合理性与创造性软件设计完成情况硬件调试完成情况设计说明书与设计图纸质量