西安郵電學(xué)院電子設(shè)計(jì)報告書交通燈控制器學(xué)院名稱：通信與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：顧寶亮（08）專業(yè)名稱：通信工程系班 級：通工0909實(shí)習(xí)時間：2011年12月5日 2011年12月16日一.設(shè)計(jì)題目：交通燈控制燈交通燈控制器是可以自動控制交通燈，并以倒計(jì)時的方式顯示出時間，方便行人和車輛在通行時有條不紊的通行，達(dá)到交通井然有序，出行人員安全快捷的到達(dá)目的地的效果。本次實(shí)驗(yàn)的就是想通過這樣的一個實(shí)例，來結(jié)合數(shù)字電路課程的學(xué)習(xí)共同實(shí)現(xiàn)這樣的一個應(yīng)用工具，達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的目的。二 任務(wù)和要求 紅綠燈交通信號系統(tǒng)外觀示意圖如圖1所示。倒計(jì)數(shù)計(jì)時器綠燈黃燈紅燈紅 黃 綠燈 燈 燈設(shè)計(jì)一個十字路口控制交通秩序的交通燈，滿足以下條件：1.顯示順序?yàn)槠渲幸唤M方向是綠、黃、紅；另一方向是紅、綠、黃。設(shè)置一組數(shù)碼管以倒計(jì)時的方式顯示語序通行或禁止通行時間，其中支通道綠燈的20s，另一個方向上主通道的綠燈亮的時間是30s，黃燈亮的時間都是5s.2.選做：當(dāng)任何一個方向出現(xiàn)特殊情況，按下手動開關(guān)，其中一個方向通行，倒計(jì)時停止，當(dāng)特殊情況結(jié)束后，按下自動控制開關(guān)恢復(fù)正常狀態(tài)。三、總體方案在一個有主、支干道的十字路口，主、支干道各設(shè)置一組紅、黃、綠三色的交通燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行。在綠燈變?yōu)榧t燈之前，黃燈先亮5秒，以提示未通行的車輛準(zhǔn)備停車。由于主干道車輛較多，所以要求主干道處于通行狀態(tài)的時間長一些，設(shè)為30秒；而支干道通行時間為20秒。(1)主要功能為：1.實(shí)現(xiàn)紅綠燈的交通管制功能；2.在紅綠燈交換的前5秒，由黃燈提示司機(jī)注意，準(zhǔn)備停車，且此時綠燈熄滅；3.可適應(yīng)主次干道不同的車流量的需要，擬設(shè)計(jì)主干道的車輛通行時間為30秒，支干道的車輛通行時間為20秒；4.采用倒計(jì)時的方式，提示司機(jī)剩余時間。(2)簡單原理如下：由555時鐘信號發(fā)生電路產(chǎn)生穩(wěn)定的“秒”脈沖信號，確保整個電路裝置計(jì)時工作穩(wěn)定進(jìn)行。用一片74LS161作為計(jì)數(shù)器，將其輸出端通過非門與74LS48相連后，把74LS48輸出端連到數(shù)碼管上，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時。用另外一片74LS161作為狀態(tài)控制器，控制狀態(tài)變量Q2Q1的變化，即實(shí)現(xiàn)變化：00-01-10-11，從而使計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)模10、模2、模5的轉(zhuǎn)化。六個燈與由狀態(tài)控制器控制的74LS74的輸出端通過門電路直接相連。(3)總體方案原理圖在電路中，555時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生一個以秒為單位的CP脈沖，計(jì)數(shù)器74LS161接受CP脈沖，實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時。通過非門連接計(jì)數(shù)器輸出端與譯碼驅(qū)動電路，在數(shù)碼管上顯示倒計(jì)時。將兩片計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出RCO取反用以控制其自身循環(huán)置數(shù)，又兩片進(jìn)位輸出RCO與后狀態(tài)控制器74LS161的脈沖信號，由此，狀態(tài)從00變至01，歷時30s；從01至10，歷時5s；從10至11，歷時20s；再從11變至00，歷時5s，依次循環(huán)。狀態(tài)不同，計(jì)數(shù)器置數(shù)和紅綠燈如何顯示不同；計(jì)數(shù)器置數(shù)不同，則模值不同，狀態(tài)改變時間也不同。然后狀態(tài)控制電路74LS161控制計(jì)時電路74LS161的輸入端。當(dāng)狀態(tài)控制電路的輸出Q1Q0為00時實(shí)現(xiàn)模30的計(jì)數(shù)器，此時主干道的綠燈和支干道的紅燈亮；為01時實(shí)現(xiàn)模5計(jì)數(shù)器，此時主干道的黃燈和支干道的紅燈亮；為10時實(shí)現(xiàn)模20的計(jì)數(shù)器，此時主干道的紅燈和支干道的綠燈亮；為11時實(shí)現(xiàn)模5的計(jì)數(shù)器，此時主干道的紅燈和次干道的黃燈亮；然后Q1、Q0再回到00狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了交通燈的循環(huán)且實(shí)現(xiàn)了主支干道通車時間不同的功能。(1). Q1Q0為00時，主干道綠燈與支干道紅燈亮，即：AG、BR，時間持續(xù)30s；(2).Q1Q0為01時，主干道黃燈與支干道紅燈亮，即：AY、BR，時間持續(xù)5s；(3).Q1Q00為10時，主干道紅燈與支干道綠燈亮，即：AR、BG，時間持續(xù)20s；(4). Q1Q00為11時，主干道紅燈與支干道黃燈亮，即：AR、BY，時間持續(xù)5s；四個狀態(tài)以00-01-10-11的順序循環(huán)出現(xiàn)。其工作流程圖如圖：狀態(tài)00持續(xù)30s支干道紅燈亮主干道綠燈亮狀態(tài)01持續(xù)5s支干道紅燈亮主干道黃燈亮狀態(tài)10持續(xù)20s支干道綠燈亮主干道紅燈亮狀態(tài)11持續(xù)5s支干道黃燈亮主干道紅燈亮圖2 工作流程圖四、單元電路的設(shè)計(jì)： (1) 時鐘脈沖產(chǎn)生電路： 產(chǎn)生穩(wěn)定的秒脈沖（f=1Hz）信號，確保整個電路裝置同步工作和實(shí)現(xiàn)定時控制。用555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不同的脈沖信號，即不同的頻率的脈沖。 脈沖電路圖： 555芯片一片、4.7u和0.1u的電容、4.7k、和150k電阻(2)計(jì)時控制電路：利用系統(tǒng)的狀態(tài)量Q1、Q0分別控制計(jì)數(shù)兩片74LS161的置數(shù)端D0，D1，D2，D3和D0,D1,D2，D3。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)處在AGBR時，進(jìn)制是模30，低位有效狀態(tài)為0110，0111，1000，1111，高位有效狀態(tài)為1101,1110,1111，低位置為0110；高位置1101，當(dāng)系統(tǒng)處在ARBG時，進(jìn)制是模20，低位有效狀態(tài)為0110，0111，1000，1111，高位有效狀態(tài)為1101,1111，低位置為0111，高位置1110；當(dāng)系統(tǒng)處在AYBR或ARBY時，進(jìn)制是模5，低位有效狀態(tài)為1011，1100，1101,1110,1111，高位沒有有效狀態(tài)，低位置為1011，高位置1111:；由此有：狀態(tài)控制器輸出計(jì)時電路置數(shù)低位高位Q1Q0D3D2D1D0D3D2D1Q00001101101011011111110011011101110111111所以有： D3=Q0 D2=/Q2 D1=1 D0=Q0 D3=1 D2=1 D1= Q0 + Q1 Q0=Q0 + /Q1注：符號“/”代表邏輯非按照上述函數(shù)表達(dá)式將代表狀態(tài)的信號分別連接至計(jì)數(shù)器低位置數(shù)端D3、D2、D1、D0和高位置數(shù)端D3,D2,D1,D0上，通過狀態(tài)變量控制置數(shù)。并將L兩計(jì)數(shù)器高位進(jìn)位RCO通過非門連至其同步置數(shù)端LOAD上，即：當(dāng)此次計(jì)數(shù)至1111時，再接受一個脈沖信號，RCO由0變?yōu)?，同時，LOAD由1變?yōu)?，在脈沖到來時開始下一次置數(shù)。再將低位片的CP和高位片的LOAD上。使用主要器件：74LS161、74LS04。(3) 主控電路將控制狀態(tài)的74LS161的所有置數(shù)端接地，即置零，把高位和低位計(jì)數(shù)器的高位進(jìn)位通過與門后作為狀態(tài)控制器的脈沖信號，當(dāng)每次計(jì)數(shù)器計(jì)到1111后，計(jì)數(shù)器的RCO將由0變?yōu)?，產(chǎn)生一個上升沿。由于要通過此片74LS161實(shí)現(xiàn)狀態(tài)變化：00-01-10-11，因此再將其輸出Q1與Q0通過與非門連至本芯片同步置數(shù)端LOAD上。再用門電路，依據(jù)D3、D2、D1、D0的函數(shù)表達(dá)式，把狀態(tài)控制器的輸出Q1、Q0與計(jì)數(shù)器的置數(shù)端相連接，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)控制器與計(jì)數(shù)器相互控制。如圖：(4).交通信號顯示電路 紅綠燈顯示所代表的狀態(tài)，同樣與狀態(tài)控制電路的狀態(tài)一一對應(yīng)，即主控電路的輸出Q1和Q0決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如燈亮用“1”表示，燈滅用“0”表示，則有表：狀態(tài)控制器輸出主干道信號燈支干道信號燈Q1Q0ARAYAGBRBYBG00001100010101001010000111100010(5).倒計(jì)時當(dāng)每一狀態(tài)發(fā)生變化時，置入的數(shù)據(jù)將同時改變，通過非門連接，將計(jì)數(shù)器輸出信號加至七段數(shù)碼管譯碼驅(qū)動器74LS48上，然后把74LS48的輸出接到數(shù)碼管上，在數(shù)碼管上顯示倒計(jì)的秒數(shù)，具體顯示如表2：表2Q1Q0主干道支干道00綠燈 29-0紅燈（30秒）01黃燈 4-0紅燈（5秒）10紅燈19-0綠燈（20秒）11紅燈 4-0黃燈（5秒）使用主要器件：74LS48、74LS04、數(shù)碼管、限流保護(hù)電阻。五 總體電路圖六 心得體會在本次課程設(shè)計(jì)中，我主要認(rèn)識到如下幾個問題：1.理論知識與實(shí)際操作存在差異，如利用555構(gòu)成多諧振蕩器時，將器件參數(shù)套用公式進(jìn)行理論計(jì)算得到周期T=1s，但在實(shí)際操作時發(fā)現(xiàn)此處存在較大誤差，周期明顯小于1s；又如理論規(guī)定邏輯高電平和邏輯低電平分別為3V和0.35V，但實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)一般大于2.5V的電平均可看作高電平，不會出現(xiàn)邏輯錯誤，而低電平上限也可達(dá)到0.5V左右。2.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)的課程學(xué)習(xí)過程中，過多的偏重于電路邏輯功能的設(shè)計(jì)，考慮其實(shí)際實(shí)現(xiàn)則較少，比如芯片的穩(wěn)定性、帶載能力，工作環(huán)境等問題在設(shè)計(jì)中都沒有考慮，很多設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下雖然可以正常工作，但不適宜投入生產(chǎn)。3.排除故障的能力和設(shè)計(jì)電路的能力同樣重要。在此次課程設(shè)計(jì)中，很多同學(xué)在設(shè)計(jì)和連接電路上花費(fèi)的時間并不多，但卻把大量的時間耗費(fèi)在檢查故障上，經(jīng)常還會因?yàn)椴椴怀龉收匣驘o法解決故障重新連接電路。我覺得在日常生活和實(shí)際生產(chǎn)中，需要解除故障的地方遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)電路要多，從一次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)故障，逐步摸索排除故障的方法和技巧是極為重要的。我在排除電路的故障中逐步掌握了電平高低的檢測技巧和根據(jù)信號流向檢查故障的方法，并對萬用表的使用技巧有了更深入的實(shí)踐和學(xué)習(xí)。西安郵電學(xué)院 電子設(shè)計(jì) 成績鑒定表學(xué)生姓名 顧寶亮班級/學(xué)號03091327（08）承擔(dān)任務(wù)實(shí)驗(yàn)室（單位）電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)部所在部門電子工程學(xué)院實(shí)施時間2010年 12 月20 日 2010年 12月31日具體內(nèi)容第一周講授數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法及需要注意的問題；選定題目，并設(shè)計(jì)電路，完成電路設(shè)計(jì)；電路仿真；領(lǐng)取元