數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-交通燈-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、交通燈控制電路摘要在一個(gè)交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設(shè)也沒有交警，那會(huì)發(fā)生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會(huì)陷入一片混亂，甚至癱瘓。當(dāng)然我們每個(gè)人都不希望這樣。我們作為社會(huì)的一員，每人都有責(zé)任為它的更加先進(jìn)和快捷做出力所能及的事情。我設(shè)計(jì)的這個(gè)交通控制系統(tǒng)可以通過交通燈控制東西方向車道和南北方向車道兩條主次交叉道路上的車輛交替運(yùn)行,用以減少交通事故的發(fā)生概率。并且經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)使得我對(duì)電子技術(shù)課程內(nèi)容的理解和掌握有了更深一層的認(rèn)識(shí)，也學(xué)會(huì)使用半導(dǎo)體元件和集成電路，掌握電子電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的綜合能力，也為將來的就業(yè)或繼續(xù)深造

2、做好準(zhǔn)備。一、任務(wù) 在城市道路上的交叉路口一般設(shè)置有交通燈，用于管理兩條道路通行車輛?，F(xiàn)有一條主干道和一條支干道的匯合點(diǎn)形成十字交叉口，為確保車輛安全、迅速的通行，在交叉路口的每條道上設(shè)置一組交通燈，交通燈由紅、黃、綠3色組成。紅燈亮表示此通道禁止車輛通過路口；黃燈亮表示此通道未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮表示該通道車輛可以通行。要求設(shè)計(jì)一交通燈控制電路以控制十字路口兩組交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮車輛安全通行。指揮車輛安全通行。設(shè)計(jì)要求1、基本要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制電路，要求主干道與支干道交替通行。主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為60秒。

3、支干道通行時(shí)，支干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30秒。（2）每次綠燈變紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘。此時(shí)另一路口紅燈也不變。（3）黃燈亮?xí)r，要求黃燈閃爍，頻率為1hz。2、發(fā)揮部分要求在綠燈亮（通行時(shí)間內(nèi)）和紅燈亮（禁止通行時(shí)間內(nèi)）均有倒計(jì)時(shí)顯示。二、設(shè)計(jì)方案選取與論證1、所選方案的理由：本設(shè)計(jì)的交通燈控制電路是綜合運(yùn)用了74ls192芯片、7474芯片和ne555芯片等的集成電路。根據(jù)任務(wù)要求，用單片機(jī)或分立組件來實(shí)現(xiàn)是比較容易的，但是由于要求不能使用單片機(jī)設(shè)計(jì)，因此使用數(shù)字電路課程里學(xué)過的知識(shí)，運(yùn)用它們來設(shè)計(jì)分析電路。即使用分立組件來實(shí)現(xiàn)。2、方案的可行性、優(yōu)缺點(diǎn)本設(shè)計(jì)的方案中采用了74l

4、s192芯片、7474芯片和ne555芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈的控制，采用ne555產(chǎn)生連續(xù)時(shí)鐘秒脈沖輸入，用74ls192芯片的減計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)顯示的倒計(jì)時(shí)功能，用7474芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，配合基本邏輯門電路，進(jìn)而完成對(duì)交通信號(hào)的控制電路。確定方案后，通過查閱相關(guān)專業(yè)書籍、上網(wǎng)搜集相關(guān)信息，同時(shí)按照設(shè)計(jì)要求與實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，最終制定了成熟且可行的方案。3、整機(jī)的原理框圖主干道允許通行信號(hào)燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制器倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器秒脈沖發(fā)生器次干道允許通行三、各單元電路的電路圖及工作原理1、秒脈沖發(fā)生器本設(shè)計(jì)秒脈沖發(fā)生器由一個(gè)集成的555定時(shí)器構(gòu)成，當(dāng)電源接通后，vcc通過對(duì)r1、r2向電容充電。電容

5、上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3vcc時(shí)，輸電壓vo為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3vcc時(shí)，輸出電平為高電平，電容放電結(jié)束。這樣周而復(fù)始便形成了振蕩。我們要的周期是1秒，頻率是1赫茲。各元件參數(shù)可以由下面的公式可知：f1.43/(r1+2r2)*c)，取c =10uf，因此只需(r1+2r2)=143k即可，近視取r1=15k，r2=68k。其電路圖如下所示2、倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器本設(shè)計(jì)用兩片74ls192來實(shí)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)功能，我們要的只是減計(jì)數(shù)，所以我們把它們的up端接到高電平上去,個(gè)位秒計(jì)數(shù)的dn端（down端）接到秒脈沖上；十位秒計(jì)數(shù)上的輸入端d1端接到高電平上，d3端接低電

6、平上，d0、d2端接外部控制轉(zhuǎn)換狀態(tài)部分，與控制轉(zhuǎn)換部分共同作用，即從輸入端置入0011（十進(jìn)制的3）、0110（十進(jìn)制的6），用來實(shí)現(xiàn)30秒和60秒之間的替換，十位的借位端tcd和兩個(gè)pl端聯(lián)在一起，再把個(gè)位的tcd端和十位的dn聯(lián)在一起。當(dāng)秒脈沖從個(gè)位的dn端輸入的時(shí)候秒計(jì)數(shù)的192開始從9減到0；這時(shí)，它的借位端tcd 會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平到十位的輸入端dn，秒十位的計(jì)數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時(shí)候，十位的tcd發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，兩個(gè)置數(shù)端pl等于零，個(gè)十位完成并行置數(shù)，下一個(gè)dn脈沖來到時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)減計(jì)數(shù)循環(huán)工作。 把兩個(gè)192的q0/q1/q2/q3分別接

7、到由譯碼器和數(shù)碼管組成的顯示電路上就可以看到時(shí)間的顯示了。作為交通燈控制器的一個(gè)模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協(xié)調(diào)工作。 倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器的電路圖：3、信號(hào)燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制器根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過分析得出信號(hào)燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換有四種不同的狀態(tài)狀態(tài)1：主干道的綠燈亮，車道通行；次干道的紅燈亮，車道禁止通行。狀態(tài)2：主干道的黃燈閃，車道緩行；次干道的紅燈亮，車道禁止通行；狀態(tài)3：主干道的紅燈亮，車道禁止通行；次干道的綠燈亮，車道通行；狀態(tài)4：主干道的紅燈亮，車道禁止通行；次干道的黃燈閃，車道緩行；由此此部分采用cd4017芯片來實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換的功能，用基本邏輯與、或門檢測(cè)出個(gè)位秒計(jì)數(shù)器的50秒

8、，即用a=（q1.q2）+q3，當(dāng)輸出a=0低電平時(shí)表明檢測(cè)出個(gè)位秒計(jì)數(shù)器的50秒，以個(gè)位秒計(jì)數(shù)192的借位端tcd接cd 4017的時(shí)鐘端clk，每倒計(jì)十秒輸出一個(gè)低電平，cd4017有脈沖輸入時(shí)，用作順序脈沖發(fā)生器，其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)， cd4017的q9端和復(fù)位端mr相連，做為控制器的循環(huán)工作，cd4017的q0端與十位秒計(jì)數(shù)器192的輸入端d2連接，即剛開始十位秒計(jì)數(shù)器192置入為0110（十進(jìn)制的6），此時(shí)初態(tài)即為狀態(tài)1，從60秒開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)4017接收到6個(gè)脈沖時(shí)輸出端q6輸出高電平，十位秒計(jì)數(shù)器輸出為0，個(gè)位秒脈沖從9到0，此時(shí)配合個(gè)位秒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的50秒的時(shí)間

9、來進(jìn)行由狀態(tài)1向狀態(tài)2的轉(zhuǎn)換，既當(dāng)檢測(cè)到顯示為05到00時(shí)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)2。cd4017的q6端與十位秒計(jì)數(shù)器192的輸入端d0連接，此時(shí)十位秒計(jì)數(shù)器192置數(shù)為0011（十進(jìn)制的3），當(dāng)顯示到00后，十位的tcd端發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，兩個(gè)置數(shù)端pl等于零，個(gè)十位完成并行置數(shù)，數(shù)碼管顯示從30倒計(jì)時(shí)，此時(shí)通過用或門連接4017輸出端q7、q8、q0來判斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)入狀態(tài)3，當(dāng)數(shù)碼管的十位從3跳到0時(shí)，十位秒計(jì)數(shù)器輸出為0，個(gè)位秒脈沖從9到0，4017接收到3個(gè)脈沖，輸出端q9輸出高電平經(jīng)復(fù)位端復(fù)位后輸出端q0輸出高電平，此時(shí)配合個(gè)位秒計(jì)數(shù)器檢測(cè)出的50秒的時(shí)間來進(jìn)行由狀態(tài)3向狀態(tài)4的轉(zhuǎn)換，既當(dāng)檢測(cè)

10、到顯示為05到00時(shí)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)4。因cd4017的q0端處于高電平，此時(shí)十位秒計(jì)數(shù)器192置數(shù)為0110（十進(jìn)制的6），當(dāng)顯示到00后，十位的tcd端發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，兩個(gè)置數(shù)端pl等于零，個(gè)十位完成并行置數(shù)，數(shù)碼管顯示從60倒計(jì)時(shí)，狀態(tài)由狀態(tài)4轉(zhuǎn)為狀態(tài)1，如此循環(huán)工作。如此便完成了對(duì)信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的自動(dòng)控制。交通燈的紅黃綠燈由檢測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)高低電平連接控制，黃燈的閃爍由黃燈的狀態(tài)信號(hào)與時(shí)鐘脈沖經(jīng)過與門實(shí)現(xiàn)。信號(hào)燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制器電路圖：四、系統(tǒng)功能仿真驗(yàn)證和印制版圖的設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)功能仿真驗(yàn)證結(jié)果及仿真結(jié)果分析交通燈總體電路圖如下圖所示，仿真結(jié)果符合預(yù)期效果。2、印制版圖的設(shè)計(jì)和印制版圖根據(jù)原

11、理電路圖運(yùn)用protel軟件，創(chuàng)建一個(gè)印制電路版圖文件，然后打開該印制版圖文件，依次進(jìn)行定義板框、載入網(wǎng)絡(luò)表、手動(dòng)布局、規(guī)則設(shè)定、手動(dòng)布線、調(diào)整，最終設(shè)計(jì)出pcb圖，再打印，印版，腐蝕。pcb圖五、硬件的裝配和調(diào)試1、裝配和調(diào)試中的問題和解決辦法問題一：芯片及l(fā)ed燈放置錯(cuò)誤問題產(chǎn)生原因：實(shí)踐之前沒有做好充分準(zhǔn)備，并且焊那板時(shí)太心急，導(dǎo)致沒有經(jīng)過充分思考便將插座及l(fā)ed焊接上去。解決辦法：把管腳焊化后取出重新擱置。問題二：計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)變化不穩(wěn)定，經(jīng)常不從預(yù)置數(shù)開始變化問題產(chǎn)生原因：管腳連線接觸不良解決辦法：在檢查電路過程中，發(fā)現(xiàn)一根從譯碼器引出的導(dǎo)線沒有焊接，焊好后計(jì)時(shí)器運(yùn)行正常。2、調(diào)試結(jié)果分

12、析： （1）主干道綠燈亮，次干道紅燈亮。表示主干道的車輛允許通行，次干道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)（60秒到05秒），控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一工作狀態(tài)（2）主干道黃燈亮，次干道仍為紅燈亮。表示主干道道上未過停車線的車輛禁止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，次干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)（05秒到00秒），控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一工作狀態(tài)； （3）主干道紅燈亮，次干道綠燈亮。表示主干道禁止通行，次干道上的車輛允許通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)（30秒到05秒），控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一工作狀態(tài)； （4）主干道仍為紅燈亮，次干道黃燈亮。表示主干道禁止通行，次干道未過停車線的車輛禁止通行，已過停

13、車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)（05秒到00秒），控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一工作狀態(tài)（5）主干道綠燈亮，次干道紅燈亮。表示主干道的車輛允許通行，次干道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔時(shí)（60秒到05秒），控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一工作狀態(tài)如此循環(huán)工作。六、結(jié)果分析和總結(jié)1、結(jié)果分析綜上所述，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)十字路口交通燈控制電路的所有功能指標(biāo)。包括有主干道與支干道交替通行。主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為60秒。 支干道通行時(shí)，支干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30秒。每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5秒鐘。此時(shí)另一路口紅燈也不變。黃燈亮?xí)r，黃燈閃爍，頻率為1hz。在綠燈亮（通行時(shí)

14、間內(nèi)）和紅燈亮（禁止通行時(shí)間內(nèi)）均有倒計(jì)時(shí)顯示。2、總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)，我運(yùn)用了所學(xué)的知識(shí)順利的完成了交通燈控制器的設(shè)計(jì)。通過此次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，利用它們?cè)O(shè)計(jì)了符合設(shè)計(jì)要求的交通燈設(shè)計(jì)，并跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學(xué)的體制束縛，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會(huì)記住很多的書本知識(shí)，但是通過課程，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問題。 七、參考文獻(xiàn)電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分 ，康華光，高等教育出版社網(wǎng)上

15、查閱的一些相關(guān)資料八、附錄1、74ls192芯片資料74ls192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。74ls192引腳說明如下 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。74ls192引腳圖74ls192功能表2、cd4017資料cd4017：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器簡(jiǎn)要說明cd4017 是5 位johnson 計(jì)數(shù)器，具有10 個(gè)譯碼輸出端，cp、cr、inh 輸入端。時(shí)鐘輸入端的

16、斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制。inh 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無效。cr 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。johnson 計(jì)數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個(gè)時(shí)鐘輸入周期co 信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。cd4017 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插(d)、熔封陶瓷雙列直插(j)、塑料雙列直插(p)和陶瓷片狀載體(c)4 種封裝形式。引出端功能符號(hào)co：進(jìn)位脈沖輸淵cp：時(shí)鐘輸入端cr：清除端inh：禁止端q0-q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端vdd：正電源vss：地真值表 cd4017 的引腳圖cd4017 引腳功能：cd4017 內(nèi)部是除10 的計(jì)數(shù)器及二進(jìn)制對(duì)10 進(jìn)制譯碼電路。cd4017有16 支腳，除電源腳vdd 及vss 為電源接腳，輸入電壓范圍為315v之外，其余接腳為：a、頻率輸入腳：clock(pin14)，為頻率信號(hào)的輸入腳。b、數(shù)據(jù)輸出腳：a、q1-q9(pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，為*后的時(shí)進(jìn)制輸出接腳，被計(jì)數(shù)到的值，其輸出為hi