數(shù)字電路課程設計交通燈實驗報告

1、一、 課程設計題目交通燈控制系統(tǒng)設計二、 設計的任務和要求1）在嚴格具有主、支干道的十字路口，設計一個交通燈自動控制裝置。要求：在十字路口的兩個方向上各設一組紅黃綠燈；順序無要求；2）設置一組數(shù)碼管，以倒計時的方式顯示允許通行或禁止通行時間。紅（主：r,支：r）綠 （主：g，支：g）黃（主：y，支：y）三種顏色燈，由四種狀態(tài)自動循環(huán)構成（gràyràrgàry）;并要求不同狀態(tài)歷時分別為：gr:30秒，rg:20秒，yr,ry:5秒。三、系統(tǒng)總體設計方案及系統(tǒng)框圖方案一：芯片設計（1）芯片功能及分配交通燈控制系統(tǒng)主要由控制器、定時器、譯碼器、數(shù)碼管和秒脈沖信號發(fā)生

2、器等器件組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。1）系統(tǒng)的計時器是由74ls161組成，其中應因為綠燈時間為30秒，所以綠燈定時器由兩塊74ls161級聯(lián)組成.74ls161是4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零，同步置數(shù)的功能。2）系統(tǒng)的主控制電路是由74ls74組成，它是整個系統(tǒng)的核心，控制信號燈的工作狀態(tài)。3)系統(tǒng)的譯碼器部分是由一塊74ls48組成，它的主要任務是將控制器的輸出翻譯成6個信號燈的工作狀態(tài)。整個設計共由以上三部分組成。（2）設計原理：1)總

3、體方案如圖： 2）各單元電路的設計： 1. 秒脈沖信號發(fā)生器 時鐘信號產(chǎn)生電路主要由555定時器組成震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生秒脈沖，電路圖如下圖所示： 2. 主控制電路 d1=q1/q2+/q1q2(/表示取非) d2=/q2 clk=co2 clr和pr均置1.主控制電路可產(chǎn)生00->01->10->11-00控制信號。3.紅綠燈顯示電路紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其主控電路的狀態(tài)一一對應，受到主控電路控制，即主控電路的輸出決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有:q1q2主黃(y)主綠(g)主

4、紅(r)支黃(r)支綠(y)支紅(g)00100001010011001000101011010001所以，r =q1/q2+/q1q2, y=/q1/q2, g=q1q2; r=/q1/q2+q1q2, g= q1/q2, y= /q1q2.電路圖如圖： 4. 計時部分電路a) 計時器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：設計要求對不同的狀態(tài)維持的時間不同，限于實驗室器材只提供74ls161.因要以十進制輸出，且有一些狀態(tài)維持時間超過10秒，則必須用兩個74ls161分別產(chǎn)生個位和十位的數(shù)字信號。故計數(shù)器能夠完成計時功能。因而采用兩個74ls161級聯(lián)完成計時器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設計。設計思路：(1)實現(xiàn)所需模值將74l

5、s161的時鐘cp接秒脈沖。74ls161計數(shù)器是采用加法計數(shù)，要想倒計時，則在74ls161輸出的信號必須經(jīng)過非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅動74ls48，故在設計不同模值計數(shù)器確定有效狀態(tài)時，要以0000，0001-1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。我采用異步置數(shù)法完成不同模值轉化的實現(xiàn)。a)實現(xiàn)模5的倒計時有效狀態(tài)10111100110111101111取非即為 01000011001000010000即 4-3-2-1-0b)實現(xiàn)模9的倒計時 有效狀態(tài)011001111000.1111取非即為 1001100001110110.-0000即 9-8-7-6-5-4-3-2-1-0（

6、2）對控制個位輸出的74ls161設計本人利用系統(tǒng)的狀態(tài)量q1,q2控制74ls161的置數(shù)端d0d1d2d3。當系統(tǒng)處在gr或rg狀態(tài)時，個位的進制是十（模10），即逢十進一，當系統(tǒng)處在yr或ry狀態(tài)時，個位的進制是五（模5），即逢五進一，模10時，有效狀態(tài)為0110，0111，1000，-1111，置d3d2d1d0為0110，模5時有效狀態(tài)為1011，1100，1101，1110，1111，置d3d2d1d為1011，由此有，q1q2d3d2d1d0001011010110101011110110所以，d0=d3=/q2 d1=1 d2=q2 當狀態(tài)為1111時，74ls161的狀態(tài)必須

7、跳到進入下一個循環(huán)，此時進位輸出co為1，可給co取非然后接入置數(shù)端ld。對于使能端ett,etp均接1.（3）對控制十位輸出的74ls161設計。同設計控制個位輸出的74ls161基本類似，本人用系統(tǒng)狀態(tài)量a,b控制十位74ls161的置數(shù)端d3d2d1d0。當系統(tǒng)處于gr狀態(tài)時置d3d2d1d0為1101，當系統(tǒng)處于yr或ry時置d3d2d1d0為1111，當系統(tǒng)處于rg時置d3d2d1d0為1110，有：q1q2d3d2d1d0001101011111101110111111故，d3=d2=1 d1=/(q1q2) d0=/(/q1q2)同理給co2取非接入置數(shù)端ld（4）對級聯(lián)的處理當

8、計數(shù)超過10秒時，個位需向十位進位，此時十位計數(shù)，其它時間其保持不變，控制十位的使能端ett2,ett2端實現(xiàn)這一功能，把個位的co1接入ett2（etp2）,etp2(ett)接1，當個位需進位，即完成一次循環(huán)，co1為1，則ett2=etp2=1,十位開始計數(shù)，其他時刻co1=0,則ett2=0,etp2=1，十位保持。設計時co2接入主控電路的雙上升沿d觸發(fā)器的clk，當完成一次計時，co2=0（其它時刻為1）時cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計時，即系統(tǒng)跳到下一個狀態(tài)，紅綠燈轉換，計時器開始下一次計時。電路圖如下： 5. 數(shù)字顯示模塊：我們用數(shù)碼管將計時器產(chǎn)生的信號以數(shù)字倒計形式顯示出來，故先

9、用74ls74取非。其中包括接數(shù)碼管的驅動74ls48。為了使顯示十位數(shù)的數(shù)碼管為零時不顯示，須將十位與個位數(shù)碼管驅動的/lt，/rbi，/(bi/rbo)接1。 記時部分電路如下： （3）所用的器件： 74ls161 2塊 74ls04 2塊 74ls48 2塊 74ls08 1塊 74ls32 1塊 555 1塊 74ls74 1塊 七段顯示譯碼器 2塊 發(fā)光二極管紅、綠、黃各兩個，電阻，電容 （4）電路連接步驟1、按照總的電路圖，規(guī)劃電路總布局，以使電路連接簡單、明了。2、首先一個模塊一個模塊連接，連接好一個模塊，就檢測一個，包括芯片，電路板，及導線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測時不必

10、要的麻煩。3、整體連接完畢，進行調(diào)試，看是否和仿真結果相同。如有出入，仔細檢測電路，查出問題所在。這樣不斷調(diào)試，直到達到預期結果。4、改進布線，力求精簡。（5）電路組裝中發(fā)生的問題及解決方案 剛開始用的電路板因用時間較長，插上芯片后均需按住芯片才能工作。這樣造成芯片管腳接觸極為不良。以致問題很多。最終更換了一個新的面包板。出現(xiàn)以下問題：1、秒脈沖信號發(fā)生電路是否產(chǎn)生脈沖把萬用表調(diào)到20v電壓檔，萬用表負極接地，正極接555定時器“3”針腳，剛開始555芯片通電后，電壓總是被拉低，（即將3.6v電壓拉至3.1v）采取的措施是：檢測555定時器的引腳是否接對，電阻和電容是否接正確，均正確時更換了芯片。且檢查了電路板。，最終此問題至今未搞懂。但過了些時間，自動正確。2、數(shù)碼管不能正常顯示數(shù)碼管顯示亂碼，我檢查了譯碼芯片74ls48是否接線正常，然后檢查各針腳對應輸出是否正確，最后檢查數(shù)碼管