目 錄第1章 系統概述.1. 1 選題背景.1. 2 技術要求.1. 3 資料收集與工作過程簡介.1. 4 系統框圖及原理設計.1.4.1 結構圖及原理圖.1.4.2 實現系統的狀態轉換過程1.4.3 方案的特點及選取原因特點.第2章 單元電路設計與分析.2. 1 秒脈沖信號產生電路.2. 2 定時計數電路.2. 3 主電路2.3.1 主控電路2.3.2 譯碼驅動電路.2. 4 顯示電路.第3章 電路調試.3. 1 單元電路調試3. 2 進行整體調試.3. 3 功能及性能指標測試.3. 4 課程設計的結論.第4章 結束語.4. 1 原器件清單.4. 2 電路改進說明4. 3 課程設計收獲與體會.參考文獻第一章 系統概述 1.1 選題背景 在一個交通繁忙的十字路口，沒有交通燈來控制來往車輛和行人的通行，假設也沒有交警，那會發生什么事情呢？后果是難以想象的，可能會陷入一片混亂，甚至癱瘓。當然我們每個人都不希望這樣。我們作為社會的一員，每人都有責任為它的更加先進和快捷做出力所能及的事情。因此，紅綠交通信號燈成為交管部門管理交通的重要工具之一。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。自從交通燈誕生以來，其內部的電路控制系統就不斷的被改進，設計方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化。尤其是近幾年來，隨著電子與計算機技術的飛速發展，電子電路分析和設計方法有了很大的改進，電子設計自動化也已經成為現代電子系統中不可缺少的工具和手段，這些為交通燈控制電路的設計提供了一定的技術基礎。 在本次課程設計里，將以傳統的設計方法為基礎，同時引入了電子設計自動化技術，利用了數字邏輯這一強大工具，同時還運用了multism軟件和一些數字邏輯器件，來設計了可控制的交通信號燈。我們設計了這個交通燈信號控制系統通過本課程設計，使我們加強對電子技術課程內容的理解和掌握，學會使用半導體元件和集成電路，掌握電子電路的基本分析方法和設計方法，進一步提高分析解決實際問題的綜合能力，也為將來的就業或繼續深造做好準備。1.2 技術要求（1）設計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設置紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則停止行駛（給行駛中的車輛有時間停在禁行線以外）。（2）主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，設立45秒、25秒計時、顯示電路。（3）在每次由綠燈亮轉換到紅燈亮的過程中，要亮5秒鐘的黃燈作為過度，使行駛中的車輛有時間停到禁行線以外，設立5秒鐘的計時及顯示電路。1.3 資料收集與工作過程簡介 電子技術課程設計是電子技術課程的實踐性環節，是對所學的電子技術基本理論知識的綜合運用。課程設計是根據某一課題技術指標或邏輯功能的要求，進行電路的獨立設計，實驗安裝和調試，在實驗板上進行電子產品的制作和寫出實驗總結報告。根據這次課程設計的內容和要求，我首先進行了整體方案的構思，通過在圖書館查閱資料，并分析和比較，選取了一種簡單而且可行性高的方案。 此方案主要由脈沖信號產生電路、定時計數電路、計時顯示電路、主控電路、譯碼驅動電路等組成。通過查閱有關書籍和綜合已學的數字電子技術的知識，并考慮到電路的工作穩定性，設計成本低，電路簡單，功耗低，元器件貨源充足等因素，同時還留有余地用于電路的功能擴展（如緊急情況的處理），鑒于此選用了比較常見的元器件來構成各單元電路，選取所須的元件后，對各電路元件的參數進行了計算，然后進實驗室進行電路的安裝和調試。經過三天緊張的電路安裝和調試，期間還進行了部分方案的修改和改進，實現了課程設計的主要任務和具體要求。并在此基礎上擴展了緊急情況處理電路。該方案雖然實現了課題的內容和要求，但還有些地方不夠完善。比如，緊急情況處理擴展電路還有待改進，可以在處理完緊急情況后自動恢復到電路原來的工作狀態。1.4 系統框圖及設計原理1.4.1 結構圖及原理圖 這是一個數字系統設計問題，按自頂向下的設計方法，整個系統可分為主控電路、定時電路、譯碼驅動顯示等幾個模塊，而定時電路可以由45S、25S、5S計數器功能模塊構成。譯碼驅動顯示可由數據選擇器和D觸發器組合邏輯電路構成，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，系統框圖如圖1-4-1-1所示：電路原理圖如圖1-4-1-2所示：圖1-4-1-1 交通燈控制系統 圖1-4-1-2實驗原理圖1.4.2 實現系統的狀態轉換過程（1）圖主車道綠燈亮，支車道紅燈亮。表示主車道上的車輛允許通行，支車道禁止通行。綠燈亮足規定的時間的時間間隔T45時，控制器發出狀態信號ST，轉一工作狀態。（2）主車道黃燈亮，支車道紅燈亮。表示主車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規定時間間隔T5時，控制器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。（3）主車道紅燈亮，支車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支車道上的車輛允許通行綠燈亮足規定的時間間隔T25時，控制器發出狀態轉換信號ST，轉到下一工作狀態。 （4）主車道紅燈亮，支車道黃燈亮。表示主車道禁止通行，支車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續通行。黃燈亮足規定的時間間隔T5時，控制器發出狀態轉換信號ST，系統又轉換到第（1）種工作狀態。 交通燈以上4種工作狀態的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S3、S2表示，則控制器的工作狀態及功能如表12、1所示，控制器應送出主、支車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下規定： 控制狀態 信號燈狀態 車道運行狀態S0（00）主綠，支紅 主車道通行，支車道禁止通行S1（01）主黃，支紅 主車道緩行，支車道禁止通行S3（11 主紅，支綠 主車道禁止通行，主車道通行S2（10） 主紅，支黃 主車道禁止通行，主車道緩行AG=1：主車道綠燈亮；BG=1：支車道綠燈亮；AY=1：主車道黃燈亮；BY=1：支車道黃燈亮；AR=1：主車道紅燈亮；BY=1：支車道紅燈亮；由此得到交通燈的狀態轉換圖。設控制器的初始狀態為S0（用狀態框表示S0），當S0的持續時間小于45秒時，TL=0（用判斷框表示TL），控制器保持S0不變。只有當S0的持續時間等于45秒時，TL=1，控制器發出狀態轉換信號ST（用條件輸出框表示ST），并轉換到下一個工作狀態。依此類推可以弄懂狀態轉換圖所表達的含義。可用下面的四個狀態描述 表1-4-2 狀態表狀態主 干 道支 干 道時 間 S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行 45秒 S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行 5秒 S2 紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行 25秒 S3 紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車 5秒1.4.3 方案的特點及選取原因特點 （1）特點：本系統分為三大模塊：主電路、定時電路、控制電路。其中主電路包括主干道和支干道的6個交通指示燈、譯碼顯示電路；定時電路包括秒脈沖信號產生電路，5S定時器、45S定時器、25S定時器；控制電路包括主控電路。通過時序電路的知識可聯想到使用數據選擇器和D觸發器來控制電路，并使它們的組合與三個定時器產生互動，以實現信號燈循環亮的功能。定時電路用的是計數器接成的45S、25S、5S計數，秒脈沖信號是利用555電路接成的占空比為50%的方波，而控制電路則是由數據選擇器與D觸發器一起控制的。 （2）選取原因：該方案電路接線簡單，避免了初學者在焊接時出現不必要的麻煩。由于本電路要求精度不高，所以選用了555定時器來產生秒脈沖。 第二章 單元電路設計與分析 2.1 秒脈沖信號產生電路由555秒信號產生器的電路是利用555 定時器組成的秒信號發生器。NE555 芯片有單穩態電路功能，可發生T=0.7*(R1+2*R2)*C其輸出信號的周期為1 秒。本電路輸出脈沖的周期為方波信號，可適當的選擇電阻、電容，使其輸出信號的周期為1 秒。本次實驗選的R1=7.2K R2=3.6K C1=0.01F C2=100F如圖2-1： 圖2-1 秒脈沖產生電路2.2 定時計數電路（1）定時器由與系統秒脈沖（由555定時器提供）同步的計數器構成，要求計數器在狀態信號ST作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號TY和模25的定時信號TL和模45的定時信號45。（2）計數器選用集成電路74LS160進行設計較簡便。74LS160是4位二進制同步計數器，它具有異步清零、同步置數的功能。74LS163的外引線排列圖和引腳功能圖如圖2-2(a)和2-2(b)所示。圖中,LD是低電平有效的同步置數,CR是低電平有效的異步置零端，EP和ET為使能端，CO是進位輸出端，D0D3是并行數據輸入端，Q0Q 3是數據輸出端。圖2-2-1(a) 74LS163的外引線排列圖 圖2-2-1(b) 74LS163的引腳功能圖 （3）將74LS163接成100進制計數器，是利用并行近衛方式。先將底片位的進位端連接到高片位的EP ET的使能端因為本實驗采用的是同步置數的方法，所以高.底片的異步置零端均置1，當底片位計數到(1001)時，進位端給信號，這時高片位開始工作。最后根據電路的要求分別實現計數45S、25S、5S，由于74LS163是同步置數，故當計數器計到(0100，0100)時為45S，(0010，0100)時為25S，（0000，0100）時為5S。計數器的脈沖是由秒脈沖發生器提供的，它的清零端信號由主控電路輸入。如圖2-2-2：圖2-2-2 計數電路2.3 主電路2.3.1 主控電路 控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規則控制信號燈工作狀態的轉換。選用兩個D觸發器D0、D1作為時序寄存器產生4種狀態，選用一個D觸發器D3作為計數單元清零信號的延時輸出，設D觸發器的初始狀態為0，系統為初始狀態S0,此時數據選擇器的地址代碼（A0,A1）為（0，0）輸出(D00，D10)，為（0,45秒信號輸出端），當計數器到（0100，010045）秒時，D3輸出清零信號，轉到下一個狀態S1,此時（A0，A1）為（0，1），輸（D01，D11 ）為（5秒信號輸出端,5秒信號輸出端），當計數器到0000，01005秒時，D3輸出清零信號，轉到下一個狀態S2, 此時（A0,A1）為（0，1）， 輸出（D01,D11） , 為（5秒信號輸出端,5秒信號輸出端），當計數器到0000，01005秒時，D3輸出清零信號，轉到下一個狀態S2, 此時(A0，A1)為(1，1)， 輸出(D03，D13) 為（1，25秒信號輸出端），當計數器到（0010，0100）25秒時，D3輸出清零信號，轉到下一個狀態S3，此時（A0,A1）為（1，0），輸出(D02，D12) 為（5秒信號輸出端,5秒信號輸出端），當計數器到（0000，01005）秒時，D3輸出清零信號，轉到狀態S0，完成一個循環計數。 2.3.2 譯碼驅動電路 譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 Q1、 Q0的4種工作狀態，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態。 狀態方程式：MR(主紅)=Q1 SR(支紅)=Q1 MY(主黃)=Q1Q0 SY(支黃)=Q1Q0 MG(主綠)=Q1Q0 SG(支綠)=Q1Q0如圖2-3：圖2-3 主控電路及譯碼驅動電路2.4 顯示電路利用CD4511來驅動共陰七段數碼管顯示，如圖2-4顯示電路：圖2-4顯示電路第三章 電路調試3.1 單元電路調試 （1）要調試秒脈沖信號發生器。先加電檢查線路，如能正常工作，即能輸出信號脈沖；接下來調節脈沖信號的頻率，把脈沖信號接入示波器，調節電位器電阻使脈沖信號的頻率為一秒。記錄下響應的電阻和電容值。（2）調節狀態譯碼器、信號燈的工作，把已調節好的秒脈沖信號接入控制器，使控制器開始工作，檢查各信號燈是否正常工作（各信號燈的亮滅情況及交換次序，Q1Q0輸出是計數器的清零信號），紅燈的閃爍是否正常。（3）調節加法計數器和數字顯示系統，把秒脈沖信號直接接入加法計數器，檢查數字顯示是否正確（各個數字是否能正常顯示和顯示次序是否正確）。（4）調節各置數器，把置數器和加法計數器連接好，并接入秒脈沖信號至加法計數器。把其中一個置數器的控制端接低電平另兩個置數器接高電平，看其置數是否正確，用同樣的方法檢查另外兩個置數器的置數。3.2 進行整體調試把各個已檢查好的單元部分連接起來，注意要把四個方向共8 個74LS48驅動的LED接入電路。接入秒脈沖信號，檢查燈亮和數顯之間是否正常對應，有不正常之處要一一改正。到此整個定時控制系統已完成設計和實驗模擬實現其功能之目的。3.3 功能及性能指標測試 （1）先進行秒脈沖產生電路的測試: 給電路板接通電源（5v），將輸出端接示波器的輸入通道，觀察輸出波形如圖33-1圖33-1脈沖輸出波形（2）進行計數電路的測試：斷開計數器的清零信號，接通電源來觀察顯示電路，如圖3-3-2圖3-3-2顯示電路（3）進行計數器各使能端輸入信號測試：將萬用表打在電壓檔，來測使能端，如圖3-3-3所示：圖3-3-3 信號序列圖3.4 課程設計的結論電子產品的電氣連接，是通過對元件零部件的裝配與焊接來實現的。安裝與連接是按照設計要求制造電子產品的主要操作環節 /應該說。和電子工程技術的其它內容比較起來安裝與連接的技術并不復雜，因此往往不受重視，但是，產品的裝配過程是否合理，焊接質量是否可靠。對整機性能的影響是很大的，也許你聽說過，一些精密復雜的儀器因為一個焊點的虛焊，一個螺釘的松動而不能正常工作，甚至由于搬運，振動使某個部件脫落造成整機報廢，所以，掌握正確的安裝工藝與連接技術，對于電子產品的設計與研制，使用和維修都具有重要的意義。第四章 結束語4.1原器件清單 表4-1原器件清單名稱 數量（個）用途名稱數量（個）用途555定時器1脈沖發光二極管6信號燈數碼管（共陰）2顯示普通二極管2_CD45112譯碼驅動元片電容（103）1_74LS1602計數電解電容220u1_74LS741_74LS082_74LS1532_74LS041_電阻若干4.2電路改進說明（1） 本電路的秒脈沖產生電路是由555定時器構成的占空比為50%的多諧振蕩產生，因此存在時間上的不精確，不過好在該系統在實際應用中對時間的要求精確度不高。這里可以采用分頻電路來產生秒脈沖。（2） 該電路設計簡單沒有涉及控制信號，即沒考慮兩條干道上車輛的有無情況。（3）本電路的計數器是使用兩片74LS163級聯成100進制的計數器來計數，其實可以用74LS160來代替，這樣可以使電路更簡單。4.3 課程設計收獲與體會 電子技術課程設計是電子技術課程的實踐性環節，這次交通信號燈控制器的設不僅要綜合運用數字電子技術基礎的基本理論知識，而且還需要獨立進行電路設計的能力，并要求具有較強的動手能力，因此做好這個課題設計將受益非淺。下面就本次課程設計的收獲和體會做幾點總結。 （1）通過這次課程設計，加強了我們的動手能力，以及遇到問題時如何去思考，如何去解決問題的能力。（2）在設計過程中遇到各種各樣的問題是不可避免的，不僅讓我們更深刻的體會到理論結合實踐的重要性，同時培養了我們在理論知識的基礎上，如何具體問題具體分析的能力。 （3）這次的課設，讓我深深的頓悟到課本上的知識確是理論，書上的知識多而散，只看書思維永遠只定格在了“廣”，而無法對其真正的了如指掌，運用自如，做到“精”。實踐恰恰為我們提供了一個從“廣”到“精”的平臺，在實踐中，讓我們深刻的了解和掌握諸如各種器件的性能|、用法及應注意事項。（4）課設期間，不僅僅是實踐的重要時刻，更是我們培養思考問題、分析問題、解決問題的能力以及面對突如其來意想不到的問題時的應變能力，使我們受益匪淺，對今后的學習和工作都奠定了無可比擬的作用。 最初的搜集資料，確定課題，不僅鞏固了課本上的理論知識，同時還學到了一些書上沒有卻至關重要的東西，“采集”知識的過程不能不說是充實和喜悅的。 繪制電路圖的過程中，不僅讓我們學習了一些重要軟件的使用方法，同時也在無形中加強了我們分析器件、分析電路圖的能力，因為只有對原理圖有詳細的理解，才能為焊接和調試奠定成功的基礎。 本以為焊接是整個過程中最費時間的一個過程段，后來才發現調試是整個課設中的重中之重，它需要我們各方面的綜合能力，對原理是不是清楚，對芯片的工作狀態是不是了解，以及出現問題時該怎么解決。 在課設過程中，是知識的交流，更是人與人之間心的交流，我們不能不肯定最終的成功帶給我們的喜悅，也不能否認失敗和挫折帶來的打擊和困惑，但是團隊之間的協作、老師的耐心指導和同學們的幫助，讓我覺得怎樣的勞動和挫折都是值得的，正所謂“不經歷風雨，怎能見彩虹”，“陽光總在風雨后”，成功的喜悅和奮斗的過程是無與倫比的。 生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設計為我們的社會付出。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設計也是一個團隊的任務，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執著的走下去。 同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。某個人