交通燈控制器課程設(shè)計實驗報告

1、中南林業(yè)科技大學(xué)課程設(shè)計交通燈控制器15201級課程設(shè)計實驗扌報告通 燈 控 制 器院（系）： 計算機與信息工程學(xué)院專業(yè)年級:2011級通信工程一班姓名:謝仙學(xué)號:20114505指導(dǎo)教師:楊菊秋2013年06月25日目錄1引言 32任務(wù)與要求 33課程設(shè)計摘要及整體方框圖 34課程設(shè)計原理 44.1 555定時器54.2七位二進制計數(shù)器4024 64.3二進制可逆計數(shù)器74LS193 84.4數(shù)碼顯示電路 9結(jié)論 10體會與收獲 10附錄：1、整體電路原理圖112 、元件表 123、焊接與調(diào)試 121引言交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力， 減少交通事故

2、。本交通燈設(shè)計主要由秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路組成。秒脈 沖發(fā)生器由NE55產(chǎn)生脈沖，計數(shù)器由74LS193和4024實現(xiàn),譯碼電路采用74LS48和七段數(shù) 碼管來顯示。2設(shè)計任務(wù)與要求交通燈控制信號的應(yīng)用非常廣泛。本電路設(shè)計一個交通燈控制器，需要達到的 目的如下；一個周期64秒，平均分配，前32秒紅燈亮，后32秒綠燈亮。在紅燈亮的期間的后8秒與紅燈在一起的黃燈閃爍（注意：紅燈同時亮）。為了 顯示效果明顯，設(shè)計閃爍頻率為1。在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍（注意：綠燈同時亮），為了 顯示效果明顯，設(shè)計閃爍頻率為1。在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時倒計時顯示，在此期間以外，數(shù)碼管不

3、亮。3課程設(shè)計摘要及整體方框圖為了完成交通燈控制電路的設(shè)計，方案考慮如下：一個脈沖信號發(fā)生器，一個二進制加法計數(shù)器，一個十進制減法計數(shù)器，紅燈 與綠燈以及黃燈是否亮是由二進制加法計數(shù)器的輸出端狀態(tài)來決定的，因此，設(shè)計 一個組合邏輯電路，它的輸入信號就是二進制加法計數(shù)器的輸出信號，它的輸出就 是發(fā)光二極管的控制信號，因此，需要一個組合邏輯電路，六個發(fā)光二極管（二個 紅色發(fā)光二極管，二個綠色發(fā)光二極管，二個黃色發(fā)光二極管）電路，一個數(shù)碼管 顯示電路。結(jié)構(gòu)圖如下：4課程設(shè)計原理分析及相關(guān)知識概述脈沖信號發(fā)生器由定時器555構(gòu)成。二進制加法計數(shù)器由七位二進制加法計數(shù)器構(gòu)成十進制減法計數(shù)器由74LS19

4、3可逆可預(yù)置十進制計數(shù)器構(gòu)成。組合邏輯電路根據(jù)其輸入輸出的邏輯關(guān)系后再確定電路芯片。驅(qū)動器選用74LS4&從以上討論可知，需要對所采用的芯片有比較詳細的了解。下面對以上幾種芯片的基本 知識和基本特性進行介紹。4.1 555定時器555定時器是一塊常用的集成電路，電路符號如左圖所示，8為電源端VCC 1為公共端GND所加電源電壓范圍：4.5V<VCC<18V最大輸出電流達200mA內(nèi)部電路原理圖如右 圖所示，內(nèi)部有三個相同的分壓電阻，每個電阻上的電壓都為1/3VCC兩個比較器 C1和C2, C1的比較電壓為2/3 VCC C2的比較電壓為1/3 VCC當比較器“ +”端電壓大

5、于 比較器“-”端電壓時，比較器輸出高電平（其狀態(tài)用1表示），當比較器“ +”端電壓低于比較器“-”端電壓時，比較器輸出低電平（其狀態(tài)用 0表示）。G1, G2兩個與非門構(gòu) 成基本RS觸發(fā)器，G3為輸出緩沖反相器，起整形和提高帶負載能力的作用。T為泄放三極管，為外接電容提供充放電回路。利用555定時器設(shè)計電路時，主要是考慮如何讓 2和6的電位發(fā)生變化（外接信號或利用電容器的充放電過程實現(xiàn)）而讓定時器的輸出狀 態(tài)發(fā)生變化，而設(shè)計成各種具有不同功能的電路。實際555器件如小圖所示，有小圓點對應(yīng)的腳為1腳，依逆時針方向依次為2, 3, 4, 5, 6, 7, 8號腳。555應(yīng)用：多諧振蕩器（產(chǎn)生連續(xù)

6、矩形波信號），電路原理如圖所示（4腳為高電平時，電路振蕩，4腳為低電平時，電路不 振蕩）。開始時，內(nèi)部泄放三極管由于其基極輸入為低電 平，是截止的，電源通過 R2和R1對電容器C充電，2, 6腳電位開始上升，當上升到2VCC/3時，電路狀態(tài)發(fā)生 翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管由于其基極輸入為高電平，所以 飽和導(dǎo)通，電容器通過 R1放電，2, 6腳電位又開始下 降，直至降到 VCC/3,電路狀態(tài)再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管截止，電源再次對電容器充電。這樣周而復(fù)始，輸出連續(xù)的矩形波信號，由3腳輸出。一般取C1為103電容。理論推導(dǎo)出，振蕩器的頻率由電阻 R1, R2和電容C決定。f 1.43（2R R2）C

7、脈沖波的占空比由電阻R1和R2決定，結(jié)果為R1 R22R1 R2可見，當R2越小時，占空比接近50%。4.2七位二進制計數(shù)器4024七位二進制計數(shù)器4024各腳功能如圖所示，14腳為 電源端，所接電源電壓范圍：+3V-+15V, 7腳接地GND 2腳為復(fù)位端（清零端），高電平有效。1腳為脈沖信號 輸入端，下降沿有效（即計數(shù)器在脈沖下降沿時刻計數(shù)）。Q7Q6Q5Q4Q3Q2是七個數(shù)據(jù)輸出端，Q7為最高位，Q1 為最低位。當輸入脈沖信號后，計數(shù)器輸出端的狀態(tài)變 化：00000001111111。本電路中的組合邏輯電路的輸入信號為二進制計數(shù)器的輸出信號Q7Q6Q5Q4Q3,Q設(shè)計Q2信號頻率為1,而

8、輸出應(yīng)為六個表示路口交通燈信號的發(fā)光二極 管（一方為紅綠黃燈DR1 DG1 DY1;另一方為紅綠黃燈DR2DG2 DY2的控制信號，分別用 LR1, LG1, LY1和LR2, LG2, LY2表示，但注意到 DR1和DG2狀態(tài)相同，DG1和DR2狀態(tài)相同，DY1 和 DY2狀態(tài)相同，所以實際上只要三個輸出 信號即可，分別用L1, L2, L3表示。組合邏輯電路的輸出信號關(guān)系用如下真值表表示：L1, L2, L3與電路的輸入信號 Q7, Q6 Q5, Q4, Q3, Q2的Q6 Q5, Q4, Q3 Q2的關(guān)系用如下真值表表示:編號Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2L1 L2 L3說明0-15

9、0 0 x x x x1 0 0紅1綠2亮16-230 1 0 x x x1 0 0紅1綠2亮24-310 1 1 x x x1 0 1紅1綠2黃12亮32-471 0 x x x x0 1 0紅2綠1亮48-551 1 0 x x x0 1 0紅2綠1亮56-631 1 1 x x x0 1 1紅2綠1黃12亮從以上可知Li Q7,需要低電平有效時,匚Q7L2 Q7 ,需要低電平有效時， 匚 Q7L3 QqQ5 QqQ5Ll Q7，需要低電平有效時，匚Q7L2 Q7，需要低電平有效時，L2 Q7L3 QqQ5 QqQ5考慮到黃燈需要閃爍，可以讓 L3信號和Q1信號（頻率為2HZ的脈沖波）加到

10、一個 二輸入的與非門的兩個輸入端，輸出信號為L4，L4 L3 Q1當L3為0時，L41當L3為1時，L4 Qi可見，需要L4低電平有效，這樣，L3為0時，黃燈不亮，L3為1時，黃燈閃爍。由以上討論可知，需要二個二輸入的與非門，三個非門，為節(jié)約器件，三個非門中的二個非門用與非門實現(xiàn)，另一個非門用三極管實現(xiàn)。這樣，需要四個二輸入的與非門, 正好可以用芯片74LS00, 個三極管構(gòu)成的非門。74LS00夕卜形為DIP14, 74LS00是一塊四-二輸入的數(shù)字集成芯片，內(nèi)有四個完全樣的二輸入的與非門，14腳 接 VCC( +5V)，7 腳接地 GND 它們中的四個二輸入的與非 門如圖所示，其中A，B為

11、與 非門的兩個輸入端，丫為輸 出端。額定拉電流4mA額定 灌電流8mA額定輸出高電平 電壓3.6V。4.3可逆十進制計數(shù)器選用74LS193可預(yù)置二進制可逆計數(shù)器74LS193簡介74LS193外形結(jié)構(gòu)為DIP16,其中(8)腳接GND( 16)腳接+5V電源。1 CU 加計數(shù)脈沖信號輸入端。2 CD 減計數(shù)脈沖信號輸入端。注意：用其中一個輸入端時，另一個輸入端接高電平。3 Q3,Q2,Q1,Q0-計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出端，Q3為最高位，Q0為最低位。4 P3,P2,P1,P0 - 計數(shù)器預(yù)置數(shù)輸入端，當計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)時，通過該輸入端預(yù)置數(shù)，此時 Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P05 MR 復(fù)位

12、信號輸入端，上升沿有效，即當 MR從0跳到1時，計數(shù)器復(fù)位，此時Q3Q2Q1Q0=0000當MR=C時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。6 PL 預(yù)置數(shù)功能控制端，低電平有效，當 PL=0時，計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當 PL=1時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。7 TCU 加計數(shù)進位信號輸出端。8 TCD 減計數(shù)借位信號輸出端。根據(jù)設(shè)計要求，預(yù)置數(shù)為 8，P3=1,接高電平（電源），P2=P仁P0=0接低電平（地 GND。黃燈不亮，即L3=0時，計數(shù)器需要處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即 PL=O,黃燈亮，即L3=1時, 計數(shù)器需要處于計數(shù)狀態(tài)，即 PL=1?？梢姡琍L=L3.作為減法器使用，CU接高電平，CD接脈沖信號Q2因計數(shù)

13、器處于計數(shù)狀態(tài)或預(yù)置數(shù)狀態(tài)，不能處于復(fù)位狀態(tài)，因此讓MR=0.從前面討論可知，多諧振蕩器的振蕩頻率為2HZ以此確定多諧振蕩器電路的電阻和 電容。4.4數(shù)碼顯示電路四線-七段譯碼器/驅(qū)動器74LS48（內(nèi)帶上拉電阻）16腳接電源+VCC=+5V 8腳接地GND DCBM 8421BCD碼數(shù)據(jù) 輸入端，D為最高位，A為最低位。a,b,c,d,e,f,g（ 高電平有效， 輸出電流小于6mA為7個輸出端，分別接七段數(shù)碼管的 7個輸 入端a,b,c,d,e,f,g, 所接數(shù)碼管必須是共陰數(shù)碼管。LT 燈測試輸入端，低電平有效，即當此燈為低電平且BI/RBO為高電平（或開路）時，輸出全為高電平，數(shù)碼管內(nèi)所

14、有發(fā)光二極管全亮BI/RBO 消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效），只要此端為低 電平，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。RBI脈沖消隱輸入端,低電平有效。當此端為低電平且 ABCD也同時為低電平時， 輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。從以上結(jié)果知道，要讓數(shù)碼管正常顯示 0 9, 3, 4, 5腳都要接高電平。要讓數(shù)碼 管顯示1 9而不顯示0,則3接高電平，5接低電平，4懸空（或電源通過電阻接4） 這實際上就是消0,例于最高位的數(shù)碼管就希望是這樣。組成數(shù)碼管的七段實際上就是七個發(fā)光二極管，當這七個發(fā)光二極管中不同的二極 管亮?xí)r，就顯示09中不同的數(shù)字。&l

15、t;< >M f 芒 <1I t I I I e tf c JP數(shù)碼管的輸出引腳有兩種形式，一種是上下排列，一種是兩邊排列，各引腳名稱如 下面兩圖所示。com a 1fbgcedpdcom 廠510結(jié)論經(jīng)過焊接與調(diào)試之后，結(jié)果符合要求。在紅燈亮的期間的后 8秒與紅燈在一起 的黃燈閃爍，閃爍頻率為1。在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍，閃 爍頻率為1。在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時倒計時顯示，在此期間以外，數(shù)碼管不亮。體會與收獲通過這次課程設(shè)計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力?，F(xiàn)在設(shè)計已經(jīng)做好 了，完成了課程設(shè)計的任務(wù)并且達到了設(shè)計的要求。雖然花了很多時間，但是從中

16、學(xué)到 了很多東西。做課程設(shè)計的時候，自己把剛剛學(xué)完的數(shù)電知識回顧了一遍，對個別元器 件的邏輯功能以及用法清楚的了解了一遍。增強了自己對知識的理解，很多以前不是很 懂的問題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了。在課程設(shè)計的過程中想了很多種方案，對同一個問題 （像計數(shù)器的接法）都想了很多不同的接法，用不同的芯片進行了比較，并且向數(shù)電老 師仔細詢問各個芯片的優(yōu)缺點，最后還是采取了上面的方法進行連接。在焊接完成之后 第一次調(diào)試試時，發(fā)現(xiàn)前24秒第一個紅綠燈不亮，經(jīng)過思考檢查發(fā)現(xiàn)三極管的焊點連在 了一起造成短路，用電烙鐵將其分開，重新調(diào)試得到了正確的結(jié)果。這也讓我在以后的 學(xué)習(xí)生活中更加認真。附錄1整體電路原理圖I 一

17、 r I晉.JTih “ExT1Uhr*i590i=+ggU>Er-w0s¥0 a EE& O -_1 Sddddc-j qj & aq附錄2元件表編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格R151KR5360U1555LED紅LED黃R2150KR6360U24024LED綠J1R32KC1103U374LS00LED綠R4360C2104LED紅LED黃附錄3.焊接與調(diào)試仔細研究印刷電路板，在本印刷電路板上將要裝配的器件有：普通1/4W電阻器，瓷片電容器，發(fā)光二極管，三極管，集成塊555,集成塊4024,集成塊74LS00,輸入和輸出接口等等。仔細研究印刷電路上的圖形或符號，確定各位置所裝配的是何種元件。若是發(fā)光二極管， 還要弄清板上的對應(yīng)“ +”極和“-”極，若是三極管，弄清板上對應(yīng)的“ e”“b”“c”,對于集成塊，要弄清楚各腳在印刷板上的相應(yīng)位置。仔細研究元器件，各電阻器及其阻值，精度，功率，電阻阻值可從電阻上所標的色碼直 接讀出，或者用萬能表的歐姆檔直接測量確定。各瓷