红绿灯数字电路课程设计

1、 数字逻辑电路设计课程设计总结报告 题目：红绿灯控制器 指导老师： 设计人员: 学号: 班级： 日期：2013年5月 目 录1、 设计任务书2、 设计框图及整机概述3、 各单元电路的设计方案及原理说明4、 调试过程及结果分析5、 设计、安装及调试中的体会6、 对本次课程设计的意见及建议7、 附录（包括：整机逻辑电路图及元器件清单）一、设计任务书一、题目： 红绿灯控制器二、设计要求设计一个红绿灯控制器设计应具有以下功能（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。.（2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。 （3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。 (4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。要求有时间显示（顺

2、数、逆数皆可），时间自定。（大于15秒以上）可添加其他功能。三、给定条件1. 只能采用实验室提供的中小规模电路进行设计。(不一定是实验用过的)十字路口交通示意图2、 设计框图及整机概述1、设计框图显示时间译码系统红绿灯控制系统脉冲发生电路计数系统2、 整机概述 上图是整个交通灯电路的设计框图。首先，脉冲发生电路是用来给计数芯片产生脉冲的，以便计数芯片可以正常的工作。控制系统是整个电路的核心，它控制着红绿灯的亮灭、数码管的显示以及控制计数时间，所以对于这个部分的设计是非常重要的。计数系统我们可以用计数芯片160或者161来实现，采用置数或者置零的方法都可以让实现某一个时间段的计数。译码系统是用来

3、显示时间的，它将计数系统所记的时间用数码管显示出来，以便我们可以更清楚的知道红绿灯亮灭的时间。最后的红绿灯部分用红黄绿三种发光二极管将我们所设计的电路功能直观的表现出来。3、 各单元电路的设计方案及原理说明 脉冲发生电路：这上个学期的数电实验中，我们用555定时器实现了产生脉冲的功能，所以我们这次可以用555定时器来实现脉冲发生电路。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件 ，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路 ，但是因为本次课程设计实验室直接提供了实验所需的脉冲，所以这个部分我们并没有设计，而是直接使用了实验室提供的脉

4、冲。 计数系统：因为实验要求我们只用显示一个红灯的时间就可以了，所以根据我的设计方案，是打算让红灯保持25秒的时间，也就是数码管需要显示的最大数字是25，因此可以用两片160计数芯片来实现。该计数器能同步并行预置数据、异步清零，具有清零置数，计数和保持四种功能，且具有进位信号输出端、可串接计数使用。我采用的是计数清零的方法来实现从0到25的计数，两块芯片都是接在同一个秒冲上的，所以是同步置零的方法。首先先接上一片160，它的计数用来当做个位，当第一片160从0记到9时在它的进位输出端会输出一个进位脉冲，我把这个进位脉冲直接接到了第二片160的使能端，这样就实现了十位的计数，当两片芯片总共计数到

5、25时，这时我们译出一个清零信号，用来清零，即每当两块芯片从0记到25的时候，都会置零，然后再重新开始计数，这样就实现了技术部分。该部分仿真电路如下： 译码系统：这个部分是用来显示计数的，也就是我们在计数系统中设计了从0到25的计数，则数码管也会从0开始显示到25。这里我们需要用到bcd-七段译码器74ls48，74ls48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中 。根据48芯片的功能表，我们按照数码管的管脚跟译码器的管脚一一对应的焊接上，这里得注意需要给数码管接上一定阻值的限流电阻，不然有可能会把数码管烧坏。该部分仿真电路如下： 控制系统：控制系统是

6、整个红绿灯电路的核心部分，它的设计也直接决定着本次课程设计的成功与否。 首先根据课程设计要求，将控制器输出的4种工作状态，翻译成车道上6个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表所示（表中0代表灭，1代表亮）。状态q1 q2红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 从上表中我们可以看出，红绿灯状态的转换需要四个状态来实现，这个部分我用了一片161计数器芯片来实现，74ls161是四位二进制同步计数器芯片，它可以从0开始计数，一直记到15，在这里我只需要到它的低

7、两位，因为161的低两位恰好是每计数四次就开始循环，与我们所需要的用来控制红绿灯的四个状态相同，因此选用161芯片来实现，就可以不需要用触发器去设计一个四位的控制系统。 接下来将列出的真值表进行化简，得到了各个灯的逻辑函数，即：红灯1 = q1 ，黄灯1 = q1 q2 ，绿灯1 = q1 q2红灯2 = q1 ， 黄灯2= q1 q2 ，绿灯2 = q1 q2 接着用一片74ls04与74ls08来实现各个灯的功能，将74ls161的低两位分别接到这两个芯片的对应管脚，这样就把控制系统给实现了。该部分仿真电路如下： 最后将各个分开的部分整合成一个电路，把各个系统联系起来，使得整个电路连接在一

8、起，实现交通灯的功能。4、 调试过程及结果分析 （1）进行计数系统电路的焊接与调试。当输人1hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行增计时，当增计时到25时，能输电有效的定时时间到信号；  （2）进行交通灯控制器以及显示部分的焊接与调试。  （3）最后进行交通灯（即发光二极管）的焊接与调试； （4）判断各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。若是出现了错误，则一个部分一个部分的检查电路，找出问题，解决问题。  最终调试如下：  接上电源,便可以进行交通灯控制系统的仿真，电路默认把通车时间设为25秒，当东西方向绿灯亮，南北方向

9、红灯亮；.当东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮； 当东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮；当东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。时间显示器从预置的0秒，以每秒增1，增到19到20时，东西方向的绿灯转换为黄灯，其余灯都不变。从增至5秒又到0后时东西方向的黄灯转换为红灯；南北方向的红灯转换为绿灯；如此循环下去。5、 设计、安装及调试中的体会 在看到本次课程设计的几个题目之后，我选择了交通灯这道题，因为在我看来这个题目会比较简单，仅仅是实现几个灯的循环点亮而已，当我仔细的把整个设计任务看了之后，才发现并没有自己想的那么简单。最开始设计的时候，自己没有进行认真的分析，没有把整体的思路给想出来，因此在设计电路阶段就走

10、了很多的弯路，前期基本都把时间花在怎么设计电路上了，以致到了后来只能匆匆忙忙地焊板，导致在焊接的时候一些线都没有焊接上以及焊错了几根线，同时整个板的布局也不是很好，给人一种有点凌乱的感觉。在把板子焊接好后，测试的时候也出现了很多问题，首先数码管不能正常的显示，计数的时间不对，其次红绿灯的亮灭也与设计的有所不同，经过仔细的检查之后，找到了出问题的地方，再把这些地方改正好，这时候板子就可以正常的工作了。这其中的很多问题都是由于不仔细造成的，所以这提醒了我们以后再焊板子的时候得注意细节问题，不要忽视小问题，也许就是一个虚焊就会使得整个电路不工作。所以在做一件事情的时候还是要先把使用工具研究透彻，才能

11、更好的服务于研究。所幸在最终还是比较满意的完成了这次课程设计，自己也对这门课程也有了更多的实践经验，纸上谈兵终究是不够的，多实践才能出真知。 本次课程设计利用的基本上都是上个学期学习的数字电子技术基础的知识，这些知识到了现在也都快忘记地差不多了，在经过了这次的课程设计之后，在复习了过去的知识的同时也使得我对原来所学的知识又有了新的理解，所以这相当于复习了一遍上个学期的知识，加深了自己的理解，同时也是一次很好的把理论知识转化为实践的机会。这次课程设计不仅加强了我动手、思考和解决问题的能力，还提高了综合运用所学知识的能力，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册、图表和文献资料的自学能力 。 最后

12、，我认识到做任何事都应该态度要端正，作风要严谨。对数字电路来说，逻辑性非常强，每一个环节都要弄得清清楚楚，有一点漏洞，结果都不可能出来。 六、对本次课程设计的意见及建议 个人觉得本次课程设计时间有那么一点短，主要是因为本学期的实验比较多，时间也刚好与学校的电子设计竞赛重合了，所以时间有点紧，不过很多同学也都在三周时间内完成了，建议老师可以提前把实验设计要求之类的提前一段时间告诉我们，让我们可以有更充足的时间准备。 题目的老套也是一个问题，这次老师给的题目有四个，不过这些都是以前的学长、学姐做过的题目，这就导致有的同学可以直接找学长、学姐要电路图及实验报告，这也就达不到课程设计所想要达到的目的了，所以我建议老师可以出一些新的题目，尽量出一些之前的同学没有做过的题目，这样也有利于培养同学的创新能力。 还有就是芯片的问题，尽管实验室提供了很多的芯片给我们用，可是到了课程设计的后期阶段，留在实验室的只剩下了一些不怎么需要用的芯片，这就导致有的同学尽管很快就把板焊好，可是由于没有芯片就不能测试，所以也就就不知道自己在什么地方出错了，所以建议老师加强一下芯片的管理制度，芯片最好还是少让同学带走的好。 最后，我觉得我们的数字电路的课程设计也可以按照分组来做，最好是两个人或者是三个人一组，就像电子竞赛一样。同时也得加大