交通灯课程设计报告.docx
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交通灯课程设计报告
西安郵電學院
数字电路课程设计报告书
题目:
交通灯控制器
系部名称
:
计算机系
学生姓名
:
魏璐璐(32号)
专业名称
:
网络工程
班级
:
0407班
时间
:
2006年6月12日至
2006年6月23日
一、课程设计题目
交通灯控制系统设计
二、设计的任务和要求
1)在严格具有主、支干道的十字路口,设计一个交通灯自动控制装置。
要求:
在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯,显示顺序为其中一个方向是绿灯,黄灯,红灯,另一方面是红灯,绿灯,黄灯;
2)设置一组数码管,以计时的方式显示允许通行或禁止通行时间,其中一个方向上绿灯亮的时间为20秒,另一个方向上绿灯两的时间是30秒,黄灯亮的时间都是5秒;
3)何一个方向出现特殊情况,按下手动开关,其中一个方向常通行,倒计时停止,当特殊情况结束后,按下自动控制开关,恢复正常状态。
4)选作:
用两组数码管实现双向到计时显示。
三、系统总体设计方案及系统框图
方案一:
系统的计时器是由161组成,其中应因为绿灯时间为30秒,所以绿灯定时器由两块161级联组成,161是4位二进制同步计数器,它具有同步清零,同步置数的功能。
系统的主控制电路是由一块112,JK触发器组成,它是整个系统的核心,控制信号灯的工作状态。
系统的译码器部分是由一块139组成,它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态。
整个设计共由以上三部分组成。
设计原理:
交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作。
TL:
表示绿灯时间间隔为30秒,即车辆正常通行时间间隔,定时时间到,TL=1,否则TL=0;
TY:
表示黄灯时间间隔为5秒,定时时间到,TY=1,否则TY=0;
ST:
表示定时器到了规定时间后,由控制器发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
定时器
主干道信号灯
控制器
秒脉冲发生器
译码器
次干道信号灯
TLTYST
单元电路的设计:
1.秒脉冲信号发生器
时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器,产生稳定的脉冲信号,送到状态产生电路,状态产生电路根据需要产生一定的“0”、“1”信号,电路图如下图所示:
2.定时器
系统的定时器是由161组成,其中应因为绿灯时间为30秒,所以绿灯定时器由两块161级联组成,红灯和黄灯各位一片,161是4位二进制同步计数器,它具有同步清零,同步置数的功能,电路图如下图所示:
绿灯
红灯
黄灯
3.译码器
系统的译码器部分是由一块139组成,它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作,如下图所示:
Q1Q2
主红主黄主绿
次红次黄次绿
00
001
100
01
010
100
11
100
001
10
100
010
4.控制器
控制器是系统的主要部分,系统的主控电路是由一块112,JK触发器组成,它是整个系统的核心,由它控制定时器和译码器的工作。
TL:
表示绿灯时间间隔为30秒,即车辆正常通行时间间隔,定时时间到,TL=1,否则TL=0;
TY:
表示黄灯时间间隔为5秒,定时时间到,TY=1,否则TY=0;
ST:
表示定时器到了规定时间后,由控制器发出状态转换信号,由它控制定时器开始下一个工作状态的定时。
电路图如下图所示:
J1K1
JoKo
00
01
0X
1X
01
11
1X
X0
11
10
X0
X1
10
00
X1
0X
J1=
K1=P
Jo=A
Ko=B
5、用到的器件:
74LS1614块74LS1391块
74LS1121块
74LS042块
74LS083块
74LS321块
5551块
七段显示译码器2块
发光二极管红、绿、黄各两个,电阻,电容
6、该设计方案的优点:
各个模块可以独立设计,一个模块的变动不会太影响其他模块,仿真的结果和设想的一样。
7、该设计方案的缺点:
用到的芯片比较多,由于老师对芯片有所限制,艘已拥有限的芯片难以实现设计;而且,连接线路比较复杂,实际操作会有一定的困难;译码器还要和七段显示译码器相连,线路比较复杂。
方案二:
交通灯控制系统可大体分为:
时钟产生电路,状态产生电路,交通信号显示电路和时间信号产生电路。
其状态图如所示:
设计原理:
时钟信号产生电路主要由555定时器组成震荡器,产生稳定的脉冲信号,送到状态产生电路,状态产生电路根据需要产生一定的“0”、“1”信号。
这些信号通过时间显示电路转化成时间信号,在通过数码管显示时间。
同时这些信号通过交通灯显示电路转化成6个独立的交通灯信号,用二极管代替交通灯,实现红绿黄灯之间的转换。
其中主干道绿灯显示30秒,黄灯显示5秒,支干道绿灯显示20秒,黄灯显示5秒。
根据设计主、支干道信号一次循环需要60个信号,所以用2个74LS161级联实现,U1代表低位芯片,U2代表高位芯片,取反码容易实现后面的时间显示代码,以进行倒计时,其真值表如图所示。
U2D3C2B1A0,U1d3c2b1a0分别为7LS161高、低位输入信号.“0”为低电平,“1”为高电平,二极管在高电平的时发光,低电平的时不发光。
序号
状态
U2U1
U2U1
时间
序号
东西
南北
D3C2B1A0d3c2b1a0
D3C2B1A0d3c2b1a0
绿
黄
红
绿
黄
红
01
00
11010110
00101001
29
1
0
0
0
0
1
02
11010111
00101000
28
1
0
0
0
0
1
03
11011000
00100111
27
1
0
0
0
0
1
04
11011001
00100110
26
1
0
0
0
0
1
05
11011010
00100101
25
1
0
0
0
0
1
:
:
:
:
:
:
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:
:
:
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:
11
11100110
00011001
19
1
0
0
0
0
1
12
11100111
00011000
18
1
0
0
0
0
1
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
21
11110110
00001001
09
1
0
0
0
0
1
22
11110111
00001000
08
1
0
0
0
0
1
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
27
11111100
00000011
03
1
0
0
0
0
1
28
11111101
00000010
02
1
0
0
0
0
1
29
11111110
00000001
01
1
0
0
0
0
1
30
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00000000
00
1
0
0
0
0
1
31
01
11111011
00000100
04
0
1
0
0
0
1
32
11111100
00000011
03
0
1
0
0
0
1
33
11111101
00000010
02
0
1
0
0
0
1
34
11111110
00000001
01
0
1
0
0
0
1
35
11111111
00000000
00
0
1
0
0
0
1
36
11
11100110
00011001
19
0
0
1
1
0
0
37
11100111
00011000
18
0
0
1
1
0
0
∶
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
46
11110110
00001001
09
0
0
1
1
0
0
:
:
:
:
:
:
∶
:
:
:
∶
∶
53
11111101
00000010
02
0
0
1
1
0
0
54
11111110
00000001
01
0
0
1
1
0
0
55
11111111
00000000
00
0
0
1
1
0
0
56
10
11111011
00000100
04
0
0
1
0
1
0
57
11111100
00000011
03
0
0
1
0
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0
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11111101
00000010
02
0
0
1
0
1
0
59
11111110
00000001
01
0
0
1
0
1
0
60
11111111
00000000
00
0
0
1
0
1
0
用G表示主干道的绿灯,Y表示主干道的黄灯,R表示主干道的红灯,用g表示次干道的绿灯,y表示此干道的黄灯,r表示次干道的红灯,则灯的表达式为:
______
G=Q2Q1,Y=Q2Q1,R=Q2,g=Q2Q1,y=Q2Q1,r=Q2,d=Y+y,c=d,b=0,a=d
D=1,C=1,B=G,A=g
单元电路的设计:
1.秒脉冲信号发生器
产生稳定的“秒”脉冲(f=1Hz),确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。
由1个555定时器,1个0.01uF电容,1个4.7uF电容,1个5.1kΩ电阻和1个150kΩ电阻。
其电路图如图所示:
2,计时器:
根据设计,主干道绿灯显示30秒,黄灯显示5秒,支干道绿灯显示20秒,黄灯显示5秒。
主、支干道信号一次循环需要60个信号,所以用2个74LS161级联实现计时,仿真中只有163,所以如图所示:
3、控制器:
控制器是电路的核心部分,用74LS74作为控制器,让他直接控制交通灯,而灯的持续时间由控制器的脉冲来控制,由真值表可以知道控制器的脉冲是由计时器的计时状态决定的,如下图所示:
4、译码器
由于我设计的是倒计时,所以在经过译码器之前必须用“非门”取其反码在经过译码器,这样七段显示译码器显示的将是倒计时,如下图所示:
5、用到器件:
交通灯控制电路的实现主要使用2个74LS161,2个74LS48,1个74LS00,2个74LS04,1个74LS08,1个74LS74,1个555定时器共10个芯片,其使用器件如图所示:
主要芯片
数量/个
其他器材
数量/个
74LS161
2
数码管
2
74LS48
2
二极管
6
74LS04
2
限流电阻
2
74LS00
1
4.7uF电容
1
74LS08
1
0.01uF电容
1
555定时器
1
150k电阻
1
74LS74
1
5.1k电阻
1
6、该设计方案的优点:
该设计方案用的期间都限制在老师要求的范围内,而且用到的器件较少,设计简洁,主要功能全部实现,达到了节省高效的目的。
而且实际操作过程中比较简单,不容易出现连线错误。
7、该设计方案的缺点:
模块的独立性不好,一个受一个控制过于紧密,一个模块的错误可能导致其他错误。
设计的每种状态可以保持要求的时间,但并未设想得从29变道00,而是数码管显示00时,状态已经跳转,但这个通过改进可以克服这一弱点。
通过比较,采用第二种方案更好一些。
四、所选方案关键电路波形图
74LS161的时序波形图
五、电路连接步骤
1、按照总的电路图,规划电路总布局,以使电路连接简单、明了。
2、首先一个模块一个模块连接,连接好一个模块,就检测一个,包括芯片,电路板,及导线是否接正确且接稳等,以防整体检测时不必要的麻烦。
3、整体连接完毕,进行调试,看是否和仿真结果相同。
如有出入,仔细检测电路,查出问题所在。
这样不断调试,直到达到预期结果。
4、改进布线,力求精简。
六、电路组装中发生的问题
及解决方案
1、秒脉冲信号发生电路是否产生脉冲
把万用表调到20V电压档,万用表负极接地,正极接555定时器“3”针脚,芯片通电后,看电压变化是否变化明显,高电平大于3V,低电平小于0.4V。
如果不能产生脉冲,检测555定时器的引脚是否接对,电阻和电容是否接正确,如果不是这些问题,就通过换芯片,看是否是芯片的问题,如果芯片也没问题,就检测是不是电路板有问题。
2、数码管不能正常显示
看数码管是怎样显示的,如果显示乱码,检查译码芯片74LS48是否接线正常,然后检查各针脚对应输出是否正确,最后检查数码管接线是否正确。
如果数码管中某些段不亮,检查接线是否正确,对应针脚电压是否变化。
如果是某些段不灭也不完全亮,换一个数码管试试。
3、交通灯不显示或不按仿真的状态显示:
检查二极管是否能发光,然后检查二极管接线处是否良好,最后检查接线是否按照状态方程连接正确。
4、数码管与交通灯配合有问题:
本来设想的是,一个状态持续时间为从最高时间倒计时到零,比方设想为状态持续从29到0,再转入下一个状态。
可实际连出来为状态持续时,数码管显示为0,29---1,因为电路连接没问题,所以仔细检查设计过程,原来是设计中将两个计时器的进位端通过“与门”,再将其作为控制器的脉冲,由于我一直取得是反码,所以到零时,正好两计时器都进位,“与”以后为1,作为控制器的时钟脉冲,而控制器是上升沿D触发器,这样正好使交通灯转入下一个状态,所以出现这种状态,我对电路作了改进,终于达到预期效果。
七、所选方案的总电路图
八、总结
两周的电路实习,留给我印象最深的是要设计一个成功的电路,必须要有耐心,要有坚持的毅力。
查找资料和设计电路及其仿真相对来说需要时间并不多,花费时间最多的是各个单元电路的连接及各个模块的检测。
为了连好电路,便整天坐在实验室里,尽管我们每天只有半天时间,但为了方便电路的检测和请教老师,我便跟着电科的学生一起上实验课。
晚上也是连线到凌晨3点多,有时真的很想放弃,但看着自己的劳动成果,心有不甘,还是咬咬牙坚持了。
在连接完最后一个模块,进行检测时发现最后一个芯片所用的电路板的孔有问题,那是真的不知道怎么办,换板的话,以前所做的一切等于徒劳,我只能放弃以前的布局思想,将最后的芯片挪到电路板的其他地方。
连完后,调试过程中发现本来设想的是,一个状态持续时间为从最高时间倒计时到零,比方设想为状态持续从29到0,再转入下一个状态。
可实际连出来为状态持续时,数码管显示为0,29---1,因为电路连接没问题,所以仔细检查设计过程,原来是设计中将两个计时器的进位端通过“与门”,再将其作为控制器的脉冲,由于我一直取得是反码,所以到零时,正好两计时器都进位,“与”以后为1,作为控制器的时钟脉冲,而控制器是上升沿D触发器,这样正好使交通灯转入下一个状态,所以出现这种状态,我对电路作了改进,终于达到预期效果。
这次电路实习,不但让我体会到设计成功时的喜悦,而且,从设计到电路连接都让我受益匪浅,不仅通过实践巩固了课本上的知识,而且在实际运用中活学活用,扩大了知识面,了解了更多的芯片。
通过实习,我懂得如何合理的做一个实验,以及做电路设计时的一些好习惯。
做一个设计,首先要在设计上多用心,保证设计的正确性。
然在设计中要灵活变动。
在实际操作中,要熟练掌握各个芯片的功能,根据所提供的器件,总体要有一个布局的概念。
在实现部分电路功能时,要做到模块化操作,做好一个模块再进行下一个模块的连接,这样能提高很高的效率,减少很多麻烦。
在检测电路的时候,要针对现象进行分析,估计是什么地方的错误,不能没有目的的盲目检测,还要选择合适的检测仪器。
检测中还要学会正确使用万用表中的一些功能。
在实际的连接中,还要注意一些连接顺序,要先连接振荡电路,测试无误后方可连接其他。
所有的数码管,二极管都要接限流电阻。
不能带电插拔。
所有器件的多余输入不能悬空,做合适的处理。
有些不高不低的电平信号,会造成逻辑上的错误,导致无法检测出电路的问题所在。
所以实际操作中有很多的问题值得我们注意,在解决的同时又会掌握不少实际应用的能力。
设计中还要有一些科学的习惯,力求设计的精简,和分析处理问题的准确性。
同时这次电路设计实习,使得我对数字电路更感兴趣,并且,在设计的过程中,积极去查阅资料,不仅学会了独立思考,而且学会了在遇到困难的时候不慌忙,不乱阵脚,仔细查找问题。
更好的提高了自己的动手能力,还主动帮助同学查找问题。
虽然这次设计遇到了很多麻烦,包括设计因素和客观因素,但能解决这些麻烦提前完成设计,感到还挺有成就感的。
感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。
九、参考文献
1.《数字系统设计---数字电路课程设计指南》高书莉编著北京邮电出版社
2.《数字电路逻辑设计---脉冲数字电路第三版》王银主编高等教育出版社
3.《数字电路实验指导书》张亚婷杨乐郭华王利周丽娟编西安邮电学院电子与信息系统工程系
西安邮电学院计算机系电子设计过程考核表
学生姓名
魏璐璐
班级/学号
网络0407班/32号
承担任务实验室(单位)
电子技术教研室
所在部门
电信系
实施时间
2006年6月12日—2006年6月23日
具体内容
第一周
周一:
听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题;
周二:
选定题目,并设计电路,完成电路设计;
周三:
领取元器件,开始组装电路;
周四:
组装电路;
周五:
组装电路;
第二周
周一:
组装电路;
周二:
组装电路;
周三:
老师验收电路组装结果并提问相关问题;
周四:
写实验报告;
周五:
写实验报告;
指导教师(师傅)姓名
张新
职务或职称
副教授
指导教师(师傅)
对学生的评价
学习态度
□认真□一般□不认真
学习纪律
□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤
实践能力
□很强□一般□较差
指导教师(师傅)对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见
指导教师(师傅)签字
年月日
西安邮电学院计算机系电子设计成绩鉴定表
学生姓名
魏璐璐
班级/学号
网络0407班/32号
进行时间
2006年6月12日—2006年6月23日
成绩鉴定
学习内容(20分)
与教学任务计划结合程度(10分)
与专业培养结合程度(6分)
其它(4分)
接受单位评价
(20分)
实践能力(10分)
学习态度(6分)
学习纪律(4分)
报告鉴定
(60分)
报告内容与实践过程紧密结合(15分)
报告内容与教学计划内容紧密结合(15分)
报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数30分)
评阅教师姓名
张新
职称
副教授
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
- 配套讲稿:
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