交通燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

摘 要在今天的交通情況下，很多路口都出現(xiàn)擁堵和秩序混亂的情況，由此可見交通燈在生活中的重要性。我們本次課程設(shè)計(jì)的題目是交通燈控制器設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)并制作主/支交通信號燈控制器。我們小組成員通過共同交流和努力，完成了仿真圖的設(shè)計(jì)、電路板的焊接、原理圖的繪制。在由主干道和支干道匯成的十字路口，主、支道分別裝有紅、綠、黃三色信號燈，并完成數(shù)碼管的置數(shù)。通過本次課設(shè)，我們小組成員對數(shù)字電路的知識有了更深刻地了解。明白了在課設(shè)的各個(gè)階段，我們都必須對元器件的原理非常了解。目 錄1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求12 方案論證13 單元設(shè)計(jì)電路23.1 總原理23.2 控制電路33.3 時(shí)鐘產(chǎn)生電路33.4 顯示電路43.5 器件53.5.1可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS16053.5.2 3 線8 線譯碼器74LS13853.5.3雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192 (bcd,二進(jìn)制)63.5.4 七段碼譯碼器CD451164 組裝及調(diào)試74.1 通電前檢查74.2 通電檢查74.2.1 555電路模塊的檢查74.2.2 CD4511的檢查74.2.3 74LS192的檢查84.2.4 控制電路及相關(guān)門電路的檢查84.2.5 發(fā)光二極管的檢查94.3 結(jié)果分析95 設(shè)計(jì)總結(jié)105.1 體會105.2 設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)125.3 改進(jìn)方法12參考文獻(xiàn)、附錄、附錄131 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)并制作主/支交通信號燈控制器。在由主干道和支干道匯成十字路口，主、支干道分別裝有紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則停止行駛（給行駛中的車輛有時(shí)間停在禁行線以外）。具體要求如下： (1) 主、支干道交替允許通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。 (2) 由綠燈亮轉(zhuǎn)換到紅燈亮?xí)r，黃燈要先亮5秒。 發(fā)揮部分：用數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間。 注：用紅、綠、黃發(fā)光二極管作為信號指示燈。 參考元器件：74HC160/161，74HC190/192，74HC02/08/10/11/21，74HC151/153，74HC138/139，CD4511，NE555。 提示：用Multisim軟件驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)是否正確，無誤后再制作。2 方案論證通過計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的控制電路來控制六個(gè)交通燈的各個(gè)狀態(tài)；通過555電路來控制計(jì)數(shù)器的置數(shù)進(jìn)而控制數(shù)碼管的顯示；通過計(jì)數(shù)器的反饋來觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)控制電路對交通燈的重置。方案一：當(dāng)接通電源后，通過74LS160和74LS138組成的控制電路的控制，數(shù)碼管首先顯示的示數(shù)為：主干道40，支干道45。此時(shí)主干道亮綠燈，支干道亮綠燈。555電路產(chǎn)生一個(gè)1Hz（相當(dāng)于周期為1秒）的時(shí)鐘信號，給74LS192雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的減法計(jì)數(shù)端一個(gè)脈沖，讓74LS192減法計(jì)數(shù)，當(dāng)數(shù)碼管顯示為0時(shí)，反饋信號給74LS160，讓它改變譯碼器的狀態(tài)，進(jìn)而控制交通燈，同時(shí)可以改變74LS192的置數(shù)。以此類推，可以實(shí)現(xiàn)主干道綠燈，黃燈，紅燈，分別為40，5，25秒狀態(tài)的改變；支干道紅燈，綠燈，黃燈，分別為45，20，5秒狀態(tài)的改變。方案二：原理與方案一相同，但是只有一個(gè)74LS192和CD4511。綜上所述，選用方案一，因?yàn)榉桨敢恢鞲傻篮椭Ц傻婪珠_，顯然在生活中更為常見?？傮w方框圖如下：圖2-1 總體方框圖3 單元設(shè)計(jì)電路3.1 總原理當(dāng)接通電源后，通過74LS160和74LS138組成的控制電路的控制，數(shù)碼管首先顯示的示數(shù)為：主干道40，支干道45。74LS160計(jì)數(shù)器產(chǎn)生二進(jìn)制00，01，10，11四個(gè)數(shù)字循環(huán)計(jì)數(shù)，讓138譯碼器產(chǎn)生每個(gè)周期4個(gè)狀態(tài)通過每個(gè)狀態(tài)來決定主支路紅綠燈的亮暗。此時(shí)主干道亮綠燈，支干道亮綠燈。555電路產(chǎn)生一個(gè)1Hz（相當(dāng)于周期為1秒）的時(shí)鐘信號，給74LS192雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的減法計(jì)數(shù)端一個(gè)脈沖，讓74LS192減法計(jì)數(shù)，當(dāng)數(shù)碼管顯示為0時(shí)，反饋信號給74LS160，讓它改變譯碼器的狀態(tài)，通過74LS138譯碼器來顯示出每個(gè)狀態(tài)的時(shí)間給74LS192的輸入端（相當(dāng)于是192每次計(jì)數(shù)的初始值），進(jìn)而控制交通燈，同時(shí)可以通過改變74LS192輸出讓主干道數(shù)碼管的顯示發(fā)生變化。3.2 控制電路圖3-1控制電路控制電路部分由數(shù)據(jù)選擇器74LS160和譯碼器74LS138組成，74LS160計(jì)數(shù)器產(chǎn)生二進(jìn)制00，01，10，11四個(gè)數(shù)字循環(huán)計(jì)數(shù)，讓138譯碼器產(chǎn)生每個(gè)周期4個(gè)狀態(tài)通過每個(gè)狀態(tài)來決定主支路紅綠燈的亮暗。3.3 時(shí)鐘產(chǎn)生電路 圖3-2 時(shí)鐘產(chǎn)生電路555電路產(chǎn)生一個(gè)1Hz（相當(dāng)于周期為1秒）的時(shí)鐘信號，給74LS192雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的減法計(jì)數(shù)端一個(gè)脈沖，讓74LS192開始減法計(jì)數(shù)。根據(jù)需要可知生成的波形為：頻率1Hz 占空比為50%通過公式 頻率 f = 1/T =1/(R1+2R2)Cln2) = 1;占空比 q = (R1+R2)/(R1+2R2);通過兩公式可計(jì)算出 ：R1 = R2 = 47K 歐；C = 10uF ；3.4 顯示電路 圖3-3 顯示電路該部分電路由可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160和數(shù)碼管組成，通過數(shù)碼管可以觀察到電路的工作狀態(tài)。3.5 器件3.5.1可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160 圖3-4 74LS160引腳圖D0- D3并行數(shù)據(jù)輸入端 ，Q0-Q3 數(shù)據(jù)輸出端ENP、ENT為計(jì)數(shù)控制端，當(dāng)它們同時(shí)為1時(shí) ，160開始計(jì)數(shù)。Load為同步置數(shù)控制端 ，當(dāng)load為1是160置數(shù)。MR為異步清零端 ，低電平有效。CLK為時(shí)鐘計(jì)數(shù)信號。RCO為進(jìn)位輸出端。3.5.2 3 線8 線譯碼器74LS138圖3-5 74LS138引腳圖A0A2：地址輸入端STA（E1）：選通端/STB（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效）/Y0/Y7：輸出端（低電平有效）VCC：電源正GND：地A0A2對應(yīng)Y0Y7；A0,A1,A2以二進(jìn)制形式輸入，然后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，對應(yīng)相應(yīng)Y的序號輸出低電平，其他均為高電平；3.5.3雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192 (bcd,二進(jìn)制) 圖3-6 74LS192引腳圖CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。 LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出， BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。3.5.4 七段碼譯碼器CD4511圖3-7 CD4511引腳圖CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。A0A3：二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端/BI：輸出消隱控制端LE：數(shù)據(jù)鎖定控制端/LT：燈測試端YaYg：數(shù)據(jù)輸出端VDD：電源正VSS：接地4 組裝及調(diào)試4.1 通電前檢查（1）檢查元器件是否正確放置；（2）檢查每個(gè)元器件接地、接電源是否正確；（3）檢查板子是否連通；（4）初步查線，看是否有漏焊和掉線的情況；4.2 通電檢查4.2.1 555電路模塊的檢查給電路板接上5V電源，一端接地，示波器的黑色線頭接地，紅色線頭接555的3號引腳，如果示波器顯示方波波形，且周期為1s，偏移量為2.5 v，峰值為5v，則表示555電路連接正確。電路板剛接電源時(shí)，我發(fā)現(xiàn)按了一下555的開關(guān)后，數(shù)碼管會跳動地特別快。經(jīng)過查線后改動，開關(guān)可以起到對數(shù)碼管暫停和啟動的作用。4.2.2 CD4511的檢查將數(shù)碼管中間的引腳接地，然后加1.7V的電壓，紅色表筆碰其他引腳，即可調(diào)試。我們的電路中共用到4個(gè)共陰極數(shù)碼管，電路接通時(shí)，我發(fā)現(xiàn)其中有一個(gè)數(shù)碼管有兩個(gè)引腳不亮。經(jīng)查線后發(fā)現(xiàn)，不亮是因?yàn)閿?shù)碼管壞了，由于我們在焊接數(shù)碼管時(shí)沒有在下面加底座。更換后，數(shù)碼管顯示的示數(shù)仍有問題，用萬用表測量，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管所接的限流電阻b、c、e三個(gè)引腳是連通的。后來才發(fā)現(xiàn)，由于我將電阻全部豎著焊接了，從電路板正面可以看出，電阻挨得太緊導(dǎo)致了短接。由此可以看出，在焊接時(shí)一定要細(xì)心，最好不要因?yàn)楹附拥膯栴}影響電路的實(shí)現(xiàn)。4.2.3 74LS192的檢查下圖是每個(gè)狀態(tài)時(shí)192置數(shù)的數(shù)字表4-1 74LS192置數(shù)及狀態(tài)對應(yīng)表狀態(tài)主路支路主路192十位主路192個(gè)位支路192十位支路192個(gè)位顯示顯示Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q01綠燈紅燈00000101000001012黃燈紅燈00100101001000003紅燈綠燈00000101000001014紅燈黃燈0100000001000101在查線時(shí)發(fā)現(xiàn)有很多問題，進(jìn)一步要把線往回查。我查線時(shí)，發(fā)現(xiàn)我的74LS192接線沒有問題，然后我又接著查74LS138的線路問題。4.2.4 控制電路及相關(guān)門電路的檢查我們的課程設(shè)計(jì)共用了1個(gè)74LS160，74LS138，2個(gè)74LS04,1個(gè)74LS00，1個(gè)74LS10,1個(gè)74LS32，但是電路中實(shí)際用到這些門電路的地方數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些，所以我們在焊接時(shí)必須實(shí)現(xiàn)這些元器件的復(fù)用?？刂齐娐凡糠职?4LS160計(jì)數(shù)器和74LS138譯碼器，其中74LS160需要輸出四個(gè)狀態(tài)分別為00，01，10，00，接入到74LS138的輸入端，此時(shí)74LS138需要顯示對應(yīng)的狀態(tài)為011，101，110，111，如果不正確，則需要挨個(gè)查線。查線時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注74LS138譯碼器的12，13，14，15這四根線，因?yàn)檫@四根線不僅通過門電路來控制交通燈的亮暗，還控制了74LS192的輸入端。更重要的是，這四個(gè)引腳接線特別多，容易出現(xiàn)漏接的情況。在檢查74LS138譯碼器時(shí)，我發(fā)現(xiàn)其他的引腳接線正確并且正常，12，13，14，15這四個(gè)引腳出現(xiàn)了不少問題，焊接的線比較多也比較亂。最后在同組成員的幫助下把74LS138的查線改錯完成。74LS138是非常重要的控制電路，不但控制交通燈的狀態(tài)，而且還掌握著74LS192的輸入，可以說它是整個(gè)電路的關(guān)鍵。所以，對74LS138線路的查錯糾錯以及改錯至關(guān)重要。在檢查過程中我還犯了一個(gè)特別低級的錯誤，首先發(fā)現(xiàn)74LS1602引腳輸出的脈沖不正確，逐個(gè)排查后發(fā)現(xiàn)把74LS160在底座上放反了，導(dǎo)致接通電源后元器件特別燙，脈沖信號與理論值也有很大的誤差。圖4-1 74LS32引腳圖及真值表上圖所示是74LS32的引腳圖及真值表，在查線時(shí)要特別注意各個(gè)輸入輸出的順序，7接地，14接電源，每組輸入輸出要對應(yīng)好。我在查線時(shí)發(fā)現(xiàn)74LS32接線容易出錯，因?yàn)樗纫c74LS192連接，又要與74LS160連接。在門電路中，它也是連接控制部分電路和顯示部分電路的重要部件。4.2.5 發(fā)光二極管的檢查測量的時(shí)候?qū)⑷f用表打到電阻檔，表頭放在二極管兩側(cè)，測量后改變方向，一側(cè)為0，另一側(cè)很大，則二極管完好，否則就正好相反。在我的電路板焊接好后發(fā)光二極管都不亮，在置數(shù)部分電路檢查修改完成后，我檢查了發(fā)光二極管的連接情況，發(fā)現(xiàn)我在焊接發(fā)光二極管時(shí)，接地部分與電路板的接地圈沒有連通。經(jīng)修改后，發(fā)光二極管工作正常。4.3 結(jié)果分析本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)成的目標(biāo)：通電后主干道依次為40秒綠燈，5秒黃燈，25秒紅燈，支干道依次為45秒紅燈，20秒黃燈，5秒紅燈。焊接后就是不停地查線，找錯，修改，測試，檢查完成后開始時(shí)置數(shù)仍有一些問題，但是74LS192的減法計(jì)數(shù)正常，交通燈顯示正常。我覺得測試的過程是比焊接和設(shè)計(jì)原理更考驗(yàn)人的一部分，需要我們非常熟悉原理，能夠熟練運(yùn)用萬用表，示波器，信號發(fā)生器等儀器和儀表，這個(gè)過程提升了我的動手能力，讓我的數(shù)電知識更加完善和系統(tǒng)。焊接的電路板如下：5 設(shè)計(jì)總結(jié)5.1 體會 荀子說“不聞不若聞之，聞之不若見之，見之不若知之，知之不若行之，學(xué)至于行而止矣，行之，明也?！庇纱丝梢?，實(shí)踐在學(xué)習(xí)過程中的重要性。 本次電子課程設(shè)計(jì)，正是將理論與實(shí)踐相結(jié)合，給我們熟悉和鞏固所學(xué)習(xí)知識的機(jī)會。我們小組所選的題目是交通燈控制器設(shè)計(jì)，這個(gè)題目也是與我們的日常生活息息相關(guān)?？梢赃_(dá)到把我們平時(shí)所學(xué)的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，應(yīng)用于生活的目的。 在設(shè)計(jì)電路圖過程中，我們首先確定思路，又通過上網(wǎng)理清了基本電路的構(gòu)成，通過我們?nèi)M的共同努力，完成了仿真圖的設(shè)計(jì)。我們初始的圖只有兩個(gè)74LS192和兩個(gè)CD4511數(shù)碼管，經(jīng)過老師的細(xì)心指導(dǎo)后，我們將2個(gè)改為4個(gè)，分清了主干道和支干道，使電路的結(jié)構(gòu)和效果顯示更加清楚。 在焊接電路板的過程中，我覺得這是最考驗(yàn)動手能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。我覺得我的動手能力一直都有所欠缺，所以深知這點(diǎn)，我就比別人花了更多的時(shí)間在焊接上。由于我們交通燈的線也比較多，我只能更加努力地去提高自己的焊接水平。通過后期對電路的檢查，我明白了，電阻如果豎著焊接的話，每相鄰的兩個(gè)電阻之間一定要有間隙，以防出現(xiàn)短接的情況。數(shù)碼管的引腳一定要對應(yīng)好，。像數(shù)碼管，發(fā)光二極管這些元器件一定要記得加限流電阻，以防元器件被燒壞。 在調(diào)試過程中，防止板子短接和元器件被燒壞，首先要檢查元器件是否正確放置；檢查每個(gè)元器件接地、接電源是否正確；檢查板子是否連通；初步查線，看是否有漏焊和掉線的情況。在我的電路板焊接好后發(fā)光二極管都不亮，在置數(shù)部分電路檢查修改完成后，我檢查了發(fā)光二極管的連接情況，發(fā)現(xiàn)我在焊接發(fā)光二極管時(shí)，接地部分與電路板的接地圈沒有連通。經(jīng)修改后，發(fā)光二極管工作正常。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會了很多新的知識，我們學(xué)會了用Multisim畫仿真圖。我們組用的74LS192，通過課設(shè)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，讓我們對這個(gè)元器件有了進(jìn)一步和更深層次地了解。 同時(shí)，課設(shè)也給了我們一個(gè)機(jī)會，讓我們把實(shí)踐和理論結(jié)合起來，讓我們對所學(xué)的知識更加融會貫通。讓我們明白了，我們所學(xué)的東西也可以和生活實(shí)際聯(lián)系起來，明白了交通燈的基本原理。 我電路板剛通上電的時(shí)候，出現(xiàn)了很多問題，首先數(shù)碼管顯示的初始示數(shù)不對，減法計(jì)數(shù)出現(xiàn)問題。我們電路有四個(gè)數(shù)碼管，有一個(gè)數(shù)碼管有兩個(gè)引腳不亮，有一個(gè)數(shù)碼管不顯示1和2，也不顯示4和5。經(jīng)過測試后發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)數(shù)碼管是因?yàn)樽陨碓骷p壞。第二個(gè)數(shù)碼管是因?yàn)榻泳€錯誤導(dǎo)致，把接錯的線更改好后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示正常。剛開始的時(shí)候，發(fā)光二極管也是一個(gè)都不亮。經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，發(fā)光二極管開始狀態(tài)時(shí)，主干道的綠燈，支干道的紅燈不亮是因?yàn)榘l(fā)光二極管與接地端沒有連通。 調(diào)試的過程，調(diào)試錯誤的時(shí)候很詛喪，調(diào)試正確時(shí)候很開心。在這個(gè)過程中，我的隊(duì)友也給了我很多幫助，我們對原理和電路中用到的電路知識也更加熟悉，這次課程設(shè)計(jì)給了我很大的幫助。 本次課程設(shè)計(jì)不但讓我學(xué)到了很多理論知識，還讓我們同學(xué)之間更加團(tuán)結(jié)，我們學(xué)會了團(tuán)隊(duì)合作要互相幫助。我們互相分享經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，讓我們的效率更高，成果更加明顯。同時(shí)，這不僅是一種知識的學(xué)習(xí)，更是大大地提高了我們的學(xué)習(xí)能力，對我們主動學(xué)習(xí)的能力有了非常大的幫助。 我的電路板從一開始的諸多問題一步一步地減少，這個(gè)過程讓我非常開心。當(dāng)燈亮