目錄1設(shè)計任務(wù)- 1 -2.總體設(shè)計方案- 1 -2.1總述：- 1 -2.2設(shè)計思路：- 2 -2.3設(shè)計總框圖如下：- 3 -3.模塊電路設(shè)計- 4 -3.1秒脈沖發(fā)生模塊- 4 -3.2數(shù)碼管顯示模塊- 4 -3.3 led發(fā)光電路- 5 -3.4主控電路- 6 -3.5交通信號燈電路- 9 -4原理總圖- 9 -5元器件清單- 10 -6調(diào)試- 10 -7.心得體會- 10 -8 參考文獻- 11 -1設(shè)計任務(wù)1 設(shè)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(shè)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）。具體要求如下：（） 用紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號指示燈。（） 讓主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。可用邏輯開關(guān)作主支干道檢測車輛是否到來的的信號。（） 主支干道交替允許通行。主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒。（） 在每次由綠燈亮轉(zhuǎn)換到紅燈亮的過程中，要亮5秒鐘的黃燈作為過渡。（） 設(shè)置45秒、25秒計時、5秒計時顯示電路。2 提示：設(shè)計時先用仿真軟件Multisim測試設(shè)計電路是否正確，無誤再制作實際電路。3 參考元器件：74HC160/190，74HC161，74HC00，74HC08，74HC20，74HC153，74HC138/139，CD4511，CD4060/NE555等。2.總體設(shè)計方案2.1總述： 本次課程設(shè)計這樣實現(xiàn)交通燈的控制，交通燈是交通安全的關(guān)鍵，已經(jīng)廣泛用于城鄉(xiāng)的十字路口，它的正常工作是交通秩序能夠正常進行的有力保障，為了確保十字路口的車輛順利通行，往往都采用自動控制信號燈來進行指揮。其中紅燈（R）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。本次設(shè)計主要分為兩種情況：支干道有車和支干道無車。整個交通燈控制系統(tǒng)由led燈顯示模塊，循環(huán)控制模塊，置數(shù)與數(shù)碼管顯示模塊和秒脈沖發(fā)生模塊組成。 主干道綠燈亮 支干道紅燈亮 45s 主干道黃燈亮 支干道紅燈亮 5s 主干道紅燈亮 支干道綠燈亮 25s 主干道紅燈亮 支干道黃燈亮 5s 圖1 支干道有車 主干道綠燈亮 支干道紅燈亮 45s 圖2 支干道沒車2.2設(shè)計思路：由一片74hc161控制交通顯示紅綠燈的交替循環(huán)，共有四個狀態(tài)，主干道綠燈亮同時支干道紅燈亮，主干道黃燈亮同時支干道紅燈亮，主干道紅燈亮同時支干道綠燈亮，主干道紅燈亮同時支干道黃燈亮；同時兩片74hc160加法計數(shù)器，高片和低片分別和七段顯示譯碼管的十位和個位相連，通過預(yù)置數(shù)，實現(xiàn)數(shù)碼顯示；計數(shù)時間通過555定時器產(chǎn)生的秒脈沖來實現(xiàn)，各模塊之間通過邏輯門來連接。此外，在實現(xiàn)支干道有無車時，增加了手動復(fù)位按鈕。系統(tǒng)中要求有45秒，25秒和5秒的三種定時信號，設(shè)計三種相應(yīng)的計時顯示器電路。計時順序用順計時。定時的起始信號由主控電路給出，定時時間結(jié)束的信號也輸入主控電路，并通過主控電路去開啟和關(guān)閉種交通燈或啟動另一種計時電路。系統(tǒng)要求定時顯示電路的輸入信號為秒脈沖信號，設(shè)計一個可以實現(xiàn)秒脈沖輸出的時基電路。主控電路是整個電路的核心，它的輸入信號來自45秒，25秒，5秒三個定時信號。主控電路可以控制各種交通燈的開啟和關(guān)閉，并反饋信號給計時電路，觸發(fā)與亮著的信號燈相應(yīng)的定時電路，使其順時顯示相應(yīng)時間。2.3設(shè)計總框圖如下： 秒脈沖發(fā)生模塊計時模塊數(shù)碼管顯示模塊Led燈顯示模塊循環(huán)控制模塊圖3 交通信號燈控制的總原理框圖綠紅黃紅黃綠紅黃紅綠綠黃主 干 道支 干 道 圖4模擬十字路口實際情況3.模塊電路設(shè)計3.1秒脈沖發(fā)生模塊脈沖發(fā)生器是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，因為控制系統(tǒng)是以秒作為單位，所以用秒脈沖發(fā)生器，且其對信號的精度要求不高，這里選用555定時器來構(gòu)成。555定時器組成的秒脈沖CP1的周期為：T0.7(R1+2*R2)*C,若T=1.0s，令C1=10uF,C2=0.01uF,R1=47k,R2=47k。根據(jù)計算結(jié)果，脈沖發(fā)生器設(shè)計如圖5：它向計數(shù)電路提供的秒計時CP脈沖。圖5 秒脈沖發(fā)生器原理圖3.2數(shù)碼管顯示模塊 此模塊由共陰極七段顯示譯碼管、CD4511做譯碼器中間通過330的電阻相連組成。主要是通過預(yù)置給74hc160的三個數(shù)45、5、25，再利用74hc160的計數(shù)功能計上述的三個數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)碼管的譯碼、顯示。這里硬件電路采用的是七段顯示共陰管，每一個數(shù)碼管配備七個限流電阻，保護其可以正常工作。 圖6 數(shù)碼管顯示電路3.3 led發(fā)光電路交通信號燈采用紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管，共陽極接法，串聯(lián)入保護電阻，避免電流過大對二級管造成損壞。譯碼器采用實驗室最常用的74ls138三線八線譯碼器： 表1 74ls138真值表顯示電路： 圖7 譯碼顯示電路3.4主控電路交通燈的主控電路時一個時序電路，輸入信號為：車輛檢測信號（傳感器信號）設(shè)為A、B，三個定時信號5s、25s、45s設(shè)為E、D、C。控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。表2狀態(tài)主干道支干道時間S0綠燈亮，允許通行紅燈亮，禁止通行45S1黃燈亮，停車紅燈亮，禁止通行5S2紅燈亮，禁止通行綠燈亮，允許通行25S3紅燈亮，禁止通行黃燈亮，停車5邏輯變量的取值含義為：A=0，主干道無車，A=1，主干道有車；B=0，支干道無車，B=1，支干道有車；C=0,45s定時未到，C=1,45s定時到；D=0,25s定時未到，D=1,25s定時到；E=0,5s定時未到，E=1,5s定時到。狀態(tài)編碼：S0=00，S1=01，S2=11，S3=10。賦值后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。表3ABCDEQ2nQ1nQ2n-1Q1n-1說明00000維持S01100000010001由S0S1111010100101維持S110111由S1S21101111011111維持S201110由S2S3111101001010維持S311000由S3S0將表中的觸發(fā)器輸出化簡，并選擇JK觸發(fā)器，可得狀態(tài)方程即驅(qū)動方程如下：狀態(tài)方程：Q2n+1=EQ2n（Q1n）+ABDQ2nQ1n+ABQ2nQ1n+BQ2nQ1n+ABDQ2nQ1n+EQ2nQ1n =EQ2n（Q1n）+ (Q1n+E（Q1n) ） Q2n =EQ2n（Q1n）+ (Q1n+E) Q2nQ1n+1=AB（Q2n）（Q1n）+ABC（Q2n）(Q1n) +E(Q2n) Q1n+E(Q2n) Q1n+ABDQ2nQ1n+ABQ2nQ1n= (A+AC) B(Q2n) (Q1n) + (Q2n) +BQ2n (A+D)*A) ) Q1n=(A*(A+C) B(Q2n) (Q1n) +(Q2n) (Q2n) +(BAD) )* Q1n=(AC) B(Q2n) (Q1n) +（Q2n(BAD) ) Q1n驅(qū)動方程：J1=B（AC）（Q2n） K1=（B（AD）Q2n J2=EQ1n K2=E（Q1n）74LS160芯片如圖所示，CLR為異步清零端，LD為置數(shù)控制端，P和T使能端，CP為時鐘輸入端，ABCD為并行置數(shù)輸入端，QAQBQCQD為輸出端，功能表如圖所示。圖8表4 74LS160功能表CLKCLRLDEPET工作狀態(tài)0置零10預(yù)置數(shù)1101保持110保持（但C=0）1111計數(shù) 圖9 主控電路3.5交通信號燈電路交通信號燈采用紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管，共陽極接法，并連接高電平時分別接入保護電阻，避免電流過大時二極管造成損壞，信號輸入分別接譯碼管和門電路。如圖10圖10 led顯示模塊電路4原理總圖5元器件清單序號數(shù)量名稱規(guī)格11TIMER, LM555CM22LED_red32LED_yellow42LED_green5174LS, 74LS138D6174LS, 74LS161D71 74LS, 74LS4011BD8274LS, 74LS160D91 74LS, 74LS4081BD102 74LS, 74LS4023BD111SWITCH, SPST12274LS, 74LS32D131RESISTOR, 74.7k141RESISTOR, 4.7k151CAPACITOR, 10F161CAPACITOR, 0.01F172HEX_DISPLAY, DCD_HEX186RESISTOR, 3301914RESISTOR, 4706調(diào)試本設(shè)計的巧妙之處就在于能夠分級調(diào)試，首先調(diào)試555產(chǎn)生的秒信號，再對其分頻信號進行分析，觀察是否夠得到我們所需要的1.1秒信號。調(diào)試74LS160觀察是否能夠達到我們的要求即實現(xiàn)10進制計數(shù)。觀察74LS138級聯(lián)的輸入與輸出是否與真值表一致。最后看各基本門電路組成的分析電路是否能達到預(yù)期的目的。顯示部分也是這樣，分級檢測，如果每一個小環(huán)節(jié)都能正常工作我們就可以把它們都連接起來，觀察兩個大的部分能否各自正常工作，即燈的控制是否和預(yù)期一致，顯示能否正常進行。最后校對兩部分，即燈與計時，觀察其是否能達到同步，并用基準(zhǔn)秒表進行測試看時間是否有誤差。7.心得體會 通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我沉得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。經(jīng)過這幾周的課設(shè)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。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(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保證。而這次實習(xí)也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實習(xí)必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶!通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學(xué)也到很多實用的知識，在次我們表示感謝!同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和