數(shù)電課設(shè)-交通燈

目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)- 1 -2.總體設(shè)計(jì)方案- 1 -2.1總述：- 1 -2.2設(shè)計(jì)思路：- 2 -2.3設(shè)計(jì)總框圖如下：- 3 -3.模塊電路設(shè)計(jì)- 4 -3.1秒脈沖發(fā)生模塊- 4 -3.2數(shù)碼管顯示模塊- 4 -3.3 led發(fā)光電路- 5 -3.4主控電路- 6 -3.5交通信號(hào)燈電路- 9 -4原理總圖- 9 -5元器件清單- 10 -6調(diào)試- 10 -7.心得體會(huì)- 10 -8 參考文獻(xiàn)- 11 -1設(shè)計(jì)任務(wù)1 設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個(gè)入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號(hào)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：（） 用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號(hào)指示燈。（） 讓主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來(lái)時(shí)才允許通行。可用邏輯開(kāi)關(guān)作主支干道檢測(cè)車輛是否到來(lái)的的信號(hào)。（） 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。（） 在每次由綠燈亮轉(zhuǎn)換到紅燈亮的過(guò)程中，要亮5秒鐘的黃燈作為過(guò)渡。（） 設(shè)置45秒、25秒計(jì)時(shí)、5秒計(jì)時(shí)顯示電路。2 提示：設(shè)計(jì)時(shí)先用仿真軟件Multisim測(cè)試設(shè)計(jì)電路是否正確，無(wú)誤再制作實(shí)際電路。3 參考元器件：74HC160/190，74HC161，74HC00，74HC08，74HC20，74HC153，74HC138/139，CD4511，CD4060/NE555等。2.總體設(shè)計(jì)方案2.1總述： 本次課程設(shè)計(jì)這樣實(shí)現(xiàn)交通燈的控制，交通燈是交通安全的關(guān)鍵，已經(jīng)廣泛用于城鄉(xiāng)的十字路口，它的正常工作是交通秩序能夠正常進(jìn)行的有力保障，為了確保十字路口的車輛順利通行，往往都采用自動(dòng)控制信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。本次設(shè)計(jì)主要分為兩種情況：支干道有車和支干道無(wú)車。整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)由led燈顯示模塊，循環(huán)控制模塊，置數(shù)與數(shù)碼管顯示模塊和秒脈沖發(fā)生模塊組成。 主干道綠燈亮 支干道紅燈亮 45s 主干道黃燈亮 支干道紅燈亮 5s 主干道紅燈亮 支干道綠燈亮 25s 主干道紅燈亮 支干道黃燈亮 5s 圖1 支干道有車 主干道綠燈亮 支干道紅燈亮 45s 圖2 支干道沒(méi)車2.2設(shè)計(jì)思路：由一片74hc161控制交通顯示紅綠燈的交替循環(huán)，共有四個(gè)狀態(tài)，主干道綠燈亮同時(shí)支干道紅燈亮，主干道黃燈亮同時(shí)支干道紅燈亮，主干道紅燈亮同時(shí)支干道綠燈亮，主干道紅燈亮同時(shí)支干道黃燈亮；同時(shí)兩片74hc160加法計(jì)數(shù)器，高片和低片分別和七段顯示譯碼管的十位和個(gè)位相連，通過(guò)預(yù)置數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示；計(jì)數(shù)時(shí)間通過(guò)555定時(shí)器產(chǎn)生的秒脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，各模塊之間通過(guò)邏輯門來(lái)連接。此外，在實(shí)現(xiàn)支干道有無(wú)車時(shí)，增加了手動(dòng)復(fù)位按鈕。系統(tǒng)中要求有45秒，25秒和5秒的三種定時(shí)信號(hào)，設(shè)計(jì)三種相應(yīng)的計(jì)時(shí)顯示器電路。計(jì)時(shí)順序用順計(jì)時(shí)。定時(shí)的起始信號(hào)由主控電路給出，定時(shí)時(shí)間結(jié)束的信號(hào)也輸入主控電路，并通過(guò)主控電路去開(kāi)啟和關(guān)閉種交通燈或啟動(dòng)另一種計(jì)時(shí)電路。系統(tǒng)要求定時(shí)顯示電路的輸入信號(hào)為秒脈沖信號(hào)，設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)秒脈沖輸出的時(shí)基電路。主控電路是整個(gè)電路的核心，它的輸入信號(hào)來(lái)自45秒，25秒，5秒三個(gè)定時(shí)信號(hào)。主控電路可以控制各種交通燈的開(kāi)啟和關(guān)閉，并反饋信號(hào)給計(jì)時(shí)電路，觸發(fā)與亮著的信號(hào)燈相應(yīng)的定時(shí)電路，使其順時(shí)顯示相應(yīng)時(shí)間。2.3設(shè)計(jì)總框圖如下： 秒脈沖發(fā)生模塊計(jì)時(shí)模塊數(shù)碼管顯示模塊Led燈顯示模塊循環(huán)控制模塊圖3 交通信號(hào)燈控制的總原理框圖綠紅黃紅黃綠紅黃紅綠綠黃主 干 道支 干 道 圖4模擬十字路口實(shí)際情況3.模塊電路設(shè)計(jì)3.1秒脈沖發(fā)生模塊脈沖發(fā)生器是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)是以秒作為單位，所以用秒脈沖發(fā)生器，且其對(duì)信號(hào)的精度要求不高，這里選用555定時(shí)器來(lái)構(gòu)成。555定時(shí)器組成的秒脈沖CP1的周期為：T0.7(R1+2*R2)*C,若T=1.0s，令C1=10uF,C2=0.01uF,R1=47k,R2=47k。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)如圖5：它向計(jì)數(shù)電路提供的秒計(jì)時(shí)CP脈沖。圖5 秒脈沖發(fā)生器原理圖3.2數(shù)碼管顯示模塊 此模塊由共陰極七段顯示譯碼管、CD4511做譯碼器中間通過(guò)330的電阻相連組成。主要是通過(guò)預(yù)置給74hc160的三個(gè)數(shù)45、5、25，再利用74hc160的計(jì)數(shù)功能計(jì)上述的三個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的譯碼、顯示。這里硬件電路采用的是七段顯示共陰管，每一個(gè)數(shù)碼管配備七個(gè)限流電阻，保護(hù)其可以正常工作。 圖6 數(shù)碼管顯示電路3.3 led發(fā)光電路交通信號(hào)燈采用紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管，共陽(yáng)極接法，串聯(lián)入保護(hù)電阻，避免電流過(guò)大對(duì)二級(jí)管造成損壞。譯碼器采用實(shí)驗(yàn)室最常用的74ls138三線八線譯碼器： 表1 74ls138真值表顯示電路： 圖7 譯碼顯示電路3.4主控電路交通燈的主控電路時(shí)一個(gè)時(shí)序電路，輸入信號(hào)為：車輛檢測(cè)信號(hào)（傳感器信號(hào)）設(shè)為A、B，三個(gè)定時(shí)信號(hào)5s、25s、45s設(shè)為E、D、C?？刂破鞯臓顟B(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。表2狀態(tài)主干道支干道時(shí)間S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行45S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行5S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行25S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車5邏輯變量的取值含義為：A=0，主干道無(wú)車，A=1，主干道有車；B=0，支干道無(wú)車，B=1，支干道有車；C=0,45s定時(shí)未到，C=1,45s定時(shí)到；D=0,25s定時(shí)未到，D=1,25s定時(shí)到；E=0,5s定時(shí)未到，E=1,5s定時(shí)到。狀態(tài)編碼：S0=00，S1=01，S2=11，S3=10。賦值后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。表3ABCDEQ2nQ1nQ2n-1Q1n-1說(shuō)明00000維持S01100000010001由S0S1111010100101維持S110111由S1S21101111011111維持S201110由S2S3111101001010維持S311000由S3S0將表中的觸發(fā)器輸出化簡(jiǎn)，并選擇JK觸發(fā)器，可得狀態(tài)方程即驅(qū)動(dòng)方程如下：狀態(tài)方程：Q2n+1=EQ2n（Q1n）+ABDQ2nQ1n+ABQ2nQ1n+BQ2nQ1n+ABDQ2nQ1n+EQ2nQ1n =EQ2n（Q1n）+ (Q1n+E（Q1n) ） Q2n =EQ2n（Q1n）+ (Q1n+E) Q2nQ1n+1=AB（Q2n）（Q1n）+ABC（Q2n）(Q1n) +E(Q2n) Q1n+E(Q2n) Q1n+ABDQ2nQ1n+ABQ2nQ1n= (A+AC) B(Q2n) (Q1n) + (Q2n) +BQ2n (A+D)*A) ) Q1n=(A*(A+C) B(Q2n) (Q1n) +(Q2n) (Q2n) +(BAD) )* Q1n=(AC) B(Q2n) (Q1n) +（Q2n(BAD) ) Q1n驅(qū)動(dòng)方程：J1=B（AC）（Q2n） K1=（B（AD）Q2n J2=EQ1n K2=E（Q1n）74LS160芯片如圖所示，CLR為異步清零端，LD為置數(shù)控制端，P和T使能端，CP為時(shí)鐘輸入端，ABCD為并行置數(shù)輸入端，QAQBQCQD為輸出端，功能表如圖所示。圖8表4 74LS160功能表CLKCLRLDEPET工作狀態(tài)0置零10預(yù)置數(shù)1101保持110保持（但C=0）1111計(jì)數(shù) 圖9 主控電路3.5交通信號(hào)燈電路交通信號(hào)燈采用紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管，共陽(yáng)極接法，并連接高電平時(shí)分別接入保護(hù)電阻，避免電流過(guò)大時(shí)二極管造成損壞，信號(hào)輸入分別接譯碼管和門電路。如圖10圖10 led顯示模塊電路4原理總圖5元器件清單序號(hào)數(shù)量名稱規(guī)格11TIMER, LM555CM22LED_red32LED_yellow42LED_green5174LS, 74LS138D6174LS, 74LS161D71 74LS, 74LS4011BD8274LS, 74LS160D91 74LS, 74LS4081BD102 74LS, 74LS4023BD111SWITCH, SPST12274LS, 74LS32D131RESISTOR, 74.7k141RESISTOR, 4.7k151CAPACITOR, 10F161CAPACITOR, 0.01F172HEX_DISPLAY, DCD_HEX186RESISTOR, 3301914RESISTOR, 4706調(diào)試本設(shè)計(jì)的巧妙之處就在于能夠分級(jí)調(diào)試，首先調(diào)試555產(chǎn)生的秒信號(hào)，再對(duì)其分頻信號(hào)進(jìn)行分析，觀察是否夠得到我們所需要的1.1秒信號(hào)。調(diào)試74LS160觀察是否能夠達(dá)到我們的要求即實(shí)現(xiàn)10進(jìn)制計(jì)數(shù)。觀察74LS138級(jí)聯(lián)的輸入與輸出是否與真值表一致。最后看各基本門電路組成的分析電路是否能達(dá)到預(yù)期的目的。顯示部分也是這樣，分級(jí)檢測(cè)，如果每一個(gè)小環(huán)節(jié)都能正常工作我們就可以把它們都連接起來(lái)，觀察兩個(gè)大的部分能否各自正常工作，即燈的控制是否和預(yù)期一致，顯示能否正常進(jìn)行。最后校對(duì)兩部分，即燈與計(jì)時(shí)，觀察其是否能達(dá)到同步，并用基準(zhǔn)秒表進(jìn)行測(cè)試看時(shí)間是否有誤差。7.心得體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之后的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。經(jīng)過(guò)這幾周的課設(shè)，過(guò)程曲折可謂一語(yǔ)難盡。在此期間我們也失落過(guò)，也曾一度熱情高漲。從開(kāi)始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無(wú)不令我回味無(wú)長(zhǎng)。同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項(xiàng)工作的失敗。實(shí)習(xí)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)習(xí)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實(shí)習(xí)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶!通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感謝!同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和