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（ gryrrgry）; 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)生器等器件組

2、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

3、理：1) 總體方案如圖 ：2）各單元電路的設計：1. 秒脈沖信號發(fā)生器時鐘信號產生電路主要由555 定時器組成震蕩器，產生穩(wěn)定的脈沖信號，送到狀態(tài)產生電路，狀態(tài)產生電路根據需要產生秒脈沖，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: q1 q2 主黃(y) 主綠(g)

4、 主紅(r) 支黃(r) 支綠(y) 支紅(g) 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 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

5、個74ls161 級聯(lián)完成計時器狀態(tài)產生模塊設計。設計思路：(1)實現(xiàn)所需模值將 74ls161 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)1011 1100 1101 1110 1111 取非即為 0100 0011 0010 0001 0000 即 4-3-2-1-0 b)實現(xiàn)模9的倒計時有效狀態(tài)01

6、10 0111 1000 .1111 取非即為 1001 1000 0111 0110 .-0000 即 9-8-7-6-5-4-3-2-1-0（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 ，

7、 置 d3d2d1d為 1011 ，由此有，q1 q2 d3 d2 d1 d0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 所以，d0=d3=/q2 d1=1 d2=q2 當狀態(tài)為1111時， 74ls161 的狀態(tài)必須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

8、 ，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：q1 q2 d3 d2 d1 d0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 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)，

9、 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)碼管將計時器產生的信號以數(shù)字倒計形式顯示出來，故先用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

10、）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要的麻煩。3、整體連接完畢，進行調試，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

11、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)生電路是否產生脈沖把萬用表調到 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

12、對應輸出是否正確， 最后檢查數(shù)碼管接線是否正確。 如果數(shù)碼管中某些段一直不亮，那就檢查數(shù)碼管是否已壞，更換一個數(shù)碼管。3、交通燈不顯示或不按仿真的狀態(tài)顯示：檢查二極管是否能發(fā)光， 確保二極管接線處良好后， 檢查了接線按照狀態(tài)方程連接。經檢查正確，故一步一步往控制電路74ls74處檢查。還正確。最終檢查了 74ls161有問題，更換后電路正確。七、所選方案的總電路圖d03q014d14q113d25q212d36q311rco15enp7ent10clk2load9mr1u174ls161d03q014d14q113d25q212d36q311rco15enp7ent10clk2load9mr1u274ls161vccvccu3notu4nota7qa13b1qb12c2qc11d6qd10bi/rbo4qe9rbi5qf15lt3qg14u1274ls48a7qa13b1qb12c2qc11d6qd10bi/rbo4qe9rbi5qf15lt3qg14u1474ls48r4dc7q3gnd1vcc8tr2th6cv5u18555c30.01uc14.7ur22kr150ku7notu17notu19notu20notu21notu22notu23notu24notu5nand_2u6nand_2d2q5clk3q6s4r1u25:a