課程設(shè)計交通燈設(shè)計報告

1、課 程 設(shè) 計 報 告學(xué)生姓名:李 峰學(xué) 號：1009290121學(xué) 院:電氣工程學(xué)院班 級:電自1012題 目:電子工藝實習(xí)交通燈控制器的設(shè)計指導(dǎo)教師： 盛文利 職稱: 郝 靜 2012年07月12日目 錄目 錄I一、設(shè)計要求1二、設(shè)計原理及框圖1三、器件說明23.1 原件清單23.2 各原件功能33.2.1 74LS19033.2.2 74LS4733.2.3 555定時器43.2.4 74LS1395四、設(shè)計過程64.1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器64.2 74LS190N計數(shù)器構(gòu)成的25進制計數(shù)器64.3 用74LS47N顯示譯碼器構(gòu)成時間顯示電路74.4 信號燈控制電路84.5 交

2、通燈顯示電路124.6 特殊情況處理電路13五、電路總圖14六、仿真與調(diào)試15七、設(shè)計體會及收獲15參考文獻1717一、設(shè)計要求（1）在十字路口的兩個方向上各設(shè)一組紅燈、綠燈、黃燈，顯示順序為：其中一個方向是綠燈、黃燈、紅燈，另一個方向是紅燈、黃燈、綠燈。（2）設(shè)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的時間，其中綠燈、黃燈、紅燈的持續(xù)時間分別為20s、5s、25s。（3）當(dāng)各條路中任意一條上出現(xiàn)特殊情況，例如有消防車、救護車或其他需要優(yōu)先放行的車輛時，各方向上均是紅燈亮，倒計時停止，且顯示數(shù)字在閃爍。當(dāng)特殊運行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來狀態(tài)，繼續(xù)正常運行。二、設(shè)計原理及框圖電路主要

3、由時鐘電路、顯示電路、交通燈控制電路和特殊情況處理四大部分構(gòu)成。其中時鐘電路主要由555定時器和74LS190十進制可逆計數(shù)器實現(xiàn)。利用555定時器和電阻、電容構(gòu)成多諧振蕩器，用來產(chǎn)生秒脈沖，利用此脈沖信號觸發(fā)74LS190計數(shù)，從而達到計時的效果。顯示電路由74LS47顯示譯碼管和數(shù)碼管組成。74LS47的輸入端與71LS190的輸出端相連，輸出端與數(shù)碼管的引腳相連，用來將計數(shù)器的狀態(tài)顯示出來。交通燈控制電路主要由74LS73（JK觸發(fā)器）和74LS139構(gòu)成。到指定時間，利用一些邏輯運算，通過門電路產(chǎn)生脈沖觸發(fā)JK觸發(fā)器，使74LS139的輸入發(fā)生變化，相應(yīng)的輸出也發(fā)生變化，從而使交通燈的

4、狀態(tài)發(fā)生變化。特殊情況控制電路，分為兩部分，一部分為控制顯示時間的數(shù)碼管閃爍，通過開關(guān)連接脈沖來控制數(shù)碼顯示管的共極來實現(xiàn)，另一部分為控制信號燈的紅燈一直亮，通過開關(guān)和或門、與門來實現(xiàn)。設(shè)計框圖如圖1。74LS190計數(shù)器JK觸發(fā)器74LS47顯示譯碼器數(shù)碼顯示管74LS139譯碼器交通燈顏色多諧振蕩器圖1 交通信號燈設(shè)計框圖三、器件說明3.1 原件清單電路原件清單見表1。表1 元器件清單序號型號數(shù)量備注174LS1902片十進制可逆計數(shù)器274LS472片顯示譯碼器37SEG_COM_A2片共陽數(shù)碼管顯示器474LS011片與非門574LS861片異或門674LS081片與門740781片八

5、輸入或非門840721片八輸入或門974LS051片非門1074LS321片或門115551片555定時器1274LS1391片2線-4線譯碼器13PROBE_RED2個紅色指示燈14PROBE_GREEN2個黃色指示燈15PROBE_YELLOW2個綠色指示燈16BUZZER1個蜂鳴器3.2 各原件功能3.2.1 74LS190（1）引腳排列圖74LS190的引腳排列圖如圖2。圖2 74LS190引腳排列圖（2）功能表74LS190功能表如表2。表2 74LS190功能表輸入輸出 /D CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q30 X X X d0 d1 d2 d31 0 0 X

6、X X X1 0 1 X X X X1 1 X X X X X Xd0 d1 d2 d3加計數(shù)減計數(shù)保持3.2.2 74LS47 （1）引腳排列圖圖3 74LS190引腳排列圖（2）功能表表3 74LS47功能表序號輸入輸出引腳LT RBI A3 A2 A1 A0 RI/RBO a b c d e f g0123456789101112131415BIRBILT1 11 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 XX X1 00 X0 0 0 0 0 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0

7、0 01 0 0 1 1 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1X X X X0 0 0 0X X X X11111111111111110010 0 0 0 0 0 11 0 0 1 1 1 10 0 1 0 0 1 00 0 0 0 1 1 01 0 0 1 1 0 00 1 0 0 1 0 01 1 0 0 0 0 00 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 01 1 1 0 0 1 01 1 0 0 1 1 01 0 1 1 1 0 00 1 1 0 1 0 01 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1

8、1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 03.2.3 555定時器（1）引腳排列圖圖4 555定時器引腳排列圖（2）功能表表4 555定時器功能表閾值輸入觸發(fā)輸入復(fù)位輸出XX00101不變3.2.4 74LS139（1）引腳排列圖圖5 74LS139引腳排列圖（2）功能表表5 74LS139功能表輸入輸出1G1A1B1Y01Y11Y21Y31XXXXXX0000111001101101011010111110四、設(shè)計過程4.1 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器圖6 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖6所示為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，C1為0.01，若C2

9、取0.5，取R1=1K,R2=12K,依據(jù)公式周期,計算出振蕩周期T。4.2 74LS190N計數(shù)器構(gòu)成的25進制計數(shù)器圖7 25進制計數(shù)器計數(shù)器電路如圖7所示。74LS190為十進制可逆計數(shù)器，當(dāng)5號引腳接低電平時為加法計數(shù)器，接高電平時為減法計數(shù)器，我們這里采用減法計數(shù)器。欲構(gòu)成25進制計數(shù)器需要兩片74190級聯(lián)，低位的CLK引腳與多諧振蕩器的輸出端相連，進位端與高位的CLK引腳相連。當(dāng)?shù)臀挥?減到0時，觸發(fā)高位，使高位減1。因為74LS190預(yù)置數(shù)方式為異步，故想要從25計數(shù)到0，需要到99時置數(shù)為25。故只需將高位的QD通過非門連接到兩片74190的置數(shù)端。4.3 用74LS47N顯

10、示譯碼器構(gòu)成時間顯示電路圖8 由數(shù)碼管構(gòu)成的顯示電路顯示電路如圖8所示。74LS74為驅(qū)動器，用來驅(qū)動共陽數(shù)碼管。兩片74LS74的輸入端分別與71LS190的輸出端相連，輸出端與數(shù)碼管相連，構(gòu)成顯示電路，用來顯示倒計時時間。4.4 信號燈控制電路圖9 信號燈控制電路控制電路如圖9所示。4078為8輸入或非門。其引腳連接如表6所示。4078的真值表如表7。表6 4078引腳連接圖4078引腳號連接引腳芯片引腳號2低位74LS19033642579高位74LS190210311012表7 4708真值表4708引腳號5342910111213序號時間輸入輸出1250101100012240100

11、100013230011100014220010100015210001100016200000100017191001010018181000010019170111010011016011001001111501010100112140100010011313001101001141200100100115110001010011610000001001170910010000118081000000011907011100001200601100000121050101000012204010000001230300110000124020010000012501000100001260

12、0000000000由表7可知只有當(dāng)時間到00時，4078的輸出才會有變化，由1變到0，即產(chǎn)生一個下降沿脈沖。4072為4輸入或門。其引腳連接如圖10所示。4078的真值表如表8。7402四輸入或門74LS01與非門74LS32或門74LS32或門低74190-374LS190低74190-6低74190-2低74190-7高74190-2高74190-30圖10 4072引腳連接示意圖表8 4072電路真值表4072引腳號23451序號時間輸入輸出1251000122410101323101114221011152110101620101017191011181810111917100111

13、01610111111510001121410101131310111141210111151110101161010101170900111180800111190700011200600111210500000220400101230300111240200111250100101260000101由表8可知只有當(dāng)時間到05時，4072的輸出才會有變化，由1變到0，即產(chǎn)生一個下降沿脈沖。綜上，通過該部分電路可以實現(xiàn)在一個計時周期內(nèi)，在05和00秒時，會產(chǎn)生脈沖，從而達到控制信號燈按指定時間變化的目的。故74LS139電路的真值表如表9。表9 74LS139電路真值表74139引腳號3245

14、67序號時間輸入輸出125101101224101101190710110120061011012105111110220411111025011111102600111110272501101128240110114507011011460601101147050001114804000111510100011152000001114.5 交通燈顯示電路交通燈顯示電路如圖11（a）（b）（c）所示。時間和對應(yīng)兩個方向信號燈的狀態(tài)如表10所示。圖11（a） 交通燈顯示電路東西方向紅燈亮圖11（b） 交通燈顯示電路東西方向黃燈亮圖11（a） 交通燈顯示電路東西方向綠燈亮表10 信號燈狀態(tài)變化表東

15、西方向時間南北方向紅燈亮25綠燈亮2465黃燈亮410綠燈亮25紅燈亮246黃燈亮54104.6 特殊情況處理電路當(dāng)發(fā)生特殊情況，手動閉合開關(guān)（在multisim中將兩個開關(guān)設(shè)為同一個快捷鍵space，達到同時控制兩個開關(guān)的效果），兩個方向（東西和南北）紅燈同時亮起，數(shù)碼顯示管數(shù)字停留在當(dāng)前時間并不斷閃爍，同時蜂鳴器發(fā)出警示聲。斷開開關(guān)后，恢復(fù)正常情況，倒計時接著之前的時間繼續(xù)。實現(xiàn)數(shù)碼管閃爍的電路如圖12所示，控制兩方向紅燈同時亮和蜂鳴器的電路如圖13所示。圖12 特殊情況控制數(shù)碼管閃爍電路圖13 特殊情況控制信號燈和蜂鳴器電路五、電路總圖圖14 電路總圖六、仿真與調(diào)試問題一：蜂鳴器連接后不

16、能正常工作。問題原因：Multisim中蜂鳴器默認電壓為9V，而電路中的電壓為5V。解決方案：將蜂鳴器電壓改為5V后，蜂鳴器即能正常工作。問題二：74LS190置數(shù)時無法顯示數(shù)字00。問題原因：74LS190為十進制異步可逆計數(shù)器。解決方案：欲使從25計數(shù)到00，而且00能夠正常顯示，需要到99時將其置數(shù)到25。問題三：多諧振蕩器周期與計算值不一致。問題原因：Multisim中的時間與實際時間不一致。解決方案：1.修改仿真軟件中的交互式仿真設(shè)置中的最大時間步長；2.修改多諧振蕩器的參數(shù)，使在仿真時看上去時間接近1秒。問題四：如何同時控制兩個開關(guān)。解決方案：在Multisim中，每個開關(guān)都對應(yīng)有

17、“Key=”的標識，經(jīng)過嘗試發(fā)現(xiàn)這就是開關(guān)對應(yīng)的快捷鍵。要想同時控制兩個或者多個開關(guān)，只需將這兩個開關(guān)的快捷鍵設(shè)為相同的就可以了。本設(shè)計中將兩個開關(guān)的快捷鍵都設(shè)為空格鍵（Key=space）。七、設(shè)計體會及收獲通過將近三周的課程設(shè)計，讓我受益匪淺。從整個問題的邏輯分析、電路圖的設(shè)計、電路仿真調(diào)試一直到最后設(shè)計報告的撰寫，每個環(huán)節(jié)都有很多收獲和心得，大致概括如下：1. 進一步理解了計數(shù)器同步和異步兩種置數(shù)方法的區(qū)別。之前學(xué)習(xí)過程中只是知道計數(shù)器有同步和異步之分，但一直使用的都是74LS161等同步計數(shù)器，沒有注意到同步與異步的區(qū)別。而在本次設(shè)計中為了方便的構(gòu)成25進制計數(shù)器，我們使用的74LS1

18、90是異步計數(shù)器，在設(shè)計剛開始時，就遇到了一個問題，到00時置數(shù)到25，但是00卻不能正常顯示出來。后來，通過請教老師、上網(wǎng)查資料終于明白了異步與同步計數(shù)器的區(qū)別。2. 明白了設(shè)計中最重要的是思想和邏輯關(guān)系。設(shè)計中從時鐘電路入手，時鐘電路比較順利的完成后，便陷入了困境，不知道該如何通過時鐘電路來控制信號燈在指定時間變化。于是，我們開始研究相應(yīng)的時間（25秒、5秒、0秒）對應(yīng)數(shù)字的特點。經(jīng)過一個中午兩個多小時的研究，終于發(fā)現(xiàn)了其特點，縷清楚了其邏輯關(guān)系，之后很快就實現(xiàn)了時鐘電路對信號燈的控制。3. 設(shè)計中考慮不夠全面，調(diào)試在過程中不斷發(fā)現(xiàn)低級錯誤。最初設(shè)計過程中考慮的不全面，比如，在設(shè)計特殊情況下讓紅燈一直亮的時候，開始忘了控制讓綠燈和黃燈滅，雖然紅燈能夠一直亮，但是出現(xiàn)了某個方向紅燈和綠燈或者紅燈和黃燈同時亮的情況。仿真中看到次情況后才恍然大悟，在處理這種情況時，不僅要控制讓紅燈亮，還要控制讓黃燈和綠燈滅。也意識到自己的設(shè)計水平還很有限，總會出一些低級錯誤。4. 提高了設(shè)計報告的排版水平。在寫報告過程中，發(fā)現(xiàn)自己寫完的初稿看上去很不美觀，于是上網(wǎng)找了一些資料，學(xué)習(xí)了一些排版注意事項和相應(yīng)的技巧，也了解了一些排版要求，如：圖表都要編