中南大学交通灯设计报告.doc-资料库

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中南大学电子技术课程设计姓名：汪轶润班级：通信 0703 学号：0905070319 课题：交通灯

一、交通灯课程设计要求 1、能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态，用两组红、黄、绿三色灯作为两个方向的红、黄、绿灯。 2、能实现正常的到计时功能，用两组数码管作为东西和南北方向的到计时显示，主干道每次放行（绿灯）60 秒，支干道每次放行（绿灯）45 秒，在每次由绿灯变成红灯的转换过程中，要亮黄灯 5 秒作为过渡。。 3、能实现特殊状态的功能（选做）（1〉按 sl 键后，能实现特殊状态功能；（2）显示到计时的两组数码管闪烁；（3）计数器停止计数并保持在原来的状态：（4）东西、南北、路口均显示红灯状态；（5）特殊状态解除后能继续计数。 4、能实现总体清零功能，按下该键后，系统实现总清零，计数器由初始状态计数，对应状态的指示灯亮。 5、完成电路全部设计后，通过实验箱验证设计课题的正确性。二、课程设计器材 1、逻辑实验箱 2、芯片：74ls190，74ls112，74ls244，74ls04，4ls08，4ls32，74ls48，555 定时器 3、47kΩ电阻，2kΩ电位器，10µf 电容器，0.01µf 电容器，发光二极管（红、黄、绿）， LED 数码管，按钮开关三、设计原理交通灯控制系统主要由控制器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成组成，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，由它控制译码器的工作。秒脉冲发生器倒计时计数器译码电路信号灯四、设计方案 1、秒脉冲信号产生电路产生秒信号的电路有多种形式，这次课程设计我用的是 555 定时器。下图是利用 555

定时器构成的占空比为 q=2/3 的多谐振荡器。根据 q=（R1+R2）/（R1+2R2）=2/3 可得到 R1=R2，又由振荡周期表达式可知 T=（R1+2R2）Cln2=1，取 C=10µf，则可得 R1=R2=48kΩ。所以选用两个 47kΩ的电阻与一个 2kΩ的电位器串联就得到了秒信号发生器。 2、交通灯状态控制电路交通灯信号状态控制电路用来记忆交通灯的工作状态，并且根据工作状态的转移情况来分别点亮和关闭路口相应的交通灯。上述的秒信号电路产生整个系统的时基脉冲，该脉冲作用于减法计数器，对秒脉冲值减计数，达到控制每一种工作状态（灯亮、灯灭）的持续时间。减法计数器的置数脉冲使状态控制电路完成状态间的状态转换，同时将下一个工作状态减计数的初始值置入计数器。 (1)状态指令和编码交通灯的工作顺序如下：支干道绿灯亮主干道红灯亮支干道黄灯亮主干道红灯亮支干道红灯亮主干道绿灯亮支干道红灯亮主干道黄灯亮

对这四个状态进行编码，其状态转换图如下： S0=00 S1=01 S2=10 S3=11 可以看出，这是一个四进制计数器，可以采用双 J-K 触发器 74ls112 来构成状态转换的控制电路。 (2)交通灯控制函数及电路主、支干道上的绿、黄、红交通灯的亮、灭状态取决于状态控制电路的状态变量，它们之间的关系见下表，其中交通灯亮用“1”表示，灭用“0”表示交通灯信号真值表状态变量支干道交通灯主干道交通灯 Q2 0 0 1 1 Q1 0 1 0 1 R（红） Y（黄） G（绿） r（红） y（黄） g（绿） 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 根据真值表，可以求出各交通灯的控制函数表达式为： R = 2Q 1Q + 2QQ 1 = 2Q Y = 2Q 1Q G = 2QQ 1 r = 2QQ 1 + 2QQ 1 = 2Q y = 2QQ 1 g = 2Q 1Q 用 Q2 和 Q1 来控制 6 个交通灯的亮灭，控制电路如下图

秒脉冲秒脉冲置数信号 3、定时译码显示电路根据课题设计的要求，主干道绿灯亮持续 60 秒，支干道绿灯亮持续 45 秒，黄灯亮持续 5 秒，因此译码显示系统必须有一个能自动按不同定时时间来定时的定时器，以便完成这 3 种不同的持续定时时间。用两片 74ls190 构成 2 位十进制减法计数器；时间状态由两片 74ls48 和两个 LED 数码管进行译码显示；预置到减法计数器的定时常数通过 3 片 74ls244 来完成。 74ls190 是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74ls190 没有专用的清零输入端，但可以借助 QA、QB、QC、QD 的输出数据间接实现清零功能。 CTEN D/U 0 0 0 1 X 1 0 X CLK X POS POS X 74190 的状态表 A B C D LOAD 0 1 1 X X X X X X X X X X X X X X X X X QA QB QC QD A B C D Count Down Count Up Qa0 Qb0 Qc0 Qd0 现选用两个 74ls190 芯片级联成一个从可任意设定时间 00~99 倒计至 00 的计数器，其中作为个位数的 74ls190 芯片的 CLK 接秒脉冲发生器（频率为 1），再把个位数 74ls190 芯片输出端的 QA、QD 用一个与门连起来，再接在十位数 74ls190 芯片的 CLK 端。当个位数

减到 0 时，再减 1 就会变成 9， 0（0000）和 9（1001）之间的 QA、QD 同时由 0 变为 1，把 QA、QD 与起来接在十位数的 CLK 端，此时会给十位数 74ls190 芯片一个脉冲数字减 1，相当于借位。 74ls244 是三态输出八缓冲器，其在该电路中的作用是用来置数。74ls244 管脚图如下，它有 8 个输入端，分成 2 组，每组 4 个，故一个 74ls244 正好可以用来置 2 位十进制数。 74ls48 是共阴极 BCD 码七段译码器，可直接驱动共阴极数码管，不需外接电阻。完整的定时译码显示系统如下图所示

在上图中，三个 74ls244 置数值分别是 45 秒，60 秒和 5 秒，而 74ls244 芯片的选通信号由状态控制器的不同控制信号来进行控制。例如，当状态为 S1（即 R=0，Y=1，G=0，r=1， y=0，g=0）时，其下一个状态的时间是 60 秒，因此此时应选通第二个 74ls244，观察发现可用 Y 和 y 来控制片选，此时第二片 74ls244 的 1OE =2OE =Y =0，当减法计数器减到 0 时， 74ls190 置数，且为 60，交通灯转到下一个状态。三片 74ls244 的片选方式如下第一片 74ls244 1OE =2 OE =Y 第二片 74ls244 1OE =2 OE =Y 第三片 74ls244 1OE =2 OE =Y+y 最后，将三个部分连接起来就可以实现交通灯的基本功能了。五、实现的附加功能 1、黄灯的闪烁当交通灯的状态转到 S1 或 S3 时，这个时候倒计时计数器为 5 秒且黄灯闪烁。该功能的实现方法是在原来电路的基础上，将黄灯的控制端和秒脉冲信号一起接一个与门，再接回到黄灯上，由于秒脉冲信号的占空比是 2/3，因此黄灯会一闪一闪。 2、交通灯的暂停在秒脉冲信号发生器的脉冲输出端接了一个按钮开关（带锁），已实现暂停功能，当交通灯需要暂停时，只要按下开关，即可断开秒脉冲，计时器因为没有脉冲信号无法继续减法计数，从而实现了暂停功能。 3、交通灯的状态跳变当按下状态跳变按钮时，无论交通灯处于何种状态，都会跳至下一个状态，如从状态 S0 跳至状态 S1，该功能可以方便交通灯的调试，使调试某个状态时无需等待过长时间。其实现方法是将 74ls190 的置数端直接与低电平相接，其间在接一个按钮开关（不带锁），当按下开关后，74ls190 的置数端低电平有效，直接置数，且 JK 触发器状态跳转，从而达到交通灯状态跳变的目的。六、安装与调试按照从局部到整体的顺序，首先连秒脉冲发生电路，然后连红绿灯控制电路，使交通灯的红、黄、绿灯能按设计要求工作，再连显示译码电路，检查减法计数器是否正常工作，最后将各个部分的电路连接起来调试，看结果是否符合理论设计及实验要求。七、在连电路过程中出现的问题及解决方法 1、555 定时器没有产生秒信号在连接完 555 定时器后，我们将输出信号连到设计箱的高低电平测试灯上检测脉冲，结果一直显示高电平，于是我们重新换了一个 555 芯片，问题就解决了。 2、交通灯没有按设计的方式亮接完交通灯控制电路后，我们用秒脉冲作为交通灯的状态转换信号来控制交通的状态变

化，发现交通灯在变化中少了一个状态，本来在主干道绿灯亮过之后，下一个状态应该是主干道黄灯亮，但是实际测试时却是直接跳过了这一状态，直接红灯亮了。为了解决这个问题，我们显示检查连线，看是否有错接的地方，在排除了这种可能后，我们有开始换芯片，但是把红绿灯控制部分的芯片都换了个遍依旧不能解决问题，于是我们用万用表测电路的高低电平，发现有个与门输出了错误了的信号，经确认后发现时面包板的插口问题，我们把芯片换了几个插口，再重新连接电路，该部分电路的工作就正常了。 3、译码显示部分没有 60 秒这个状态按理论倒计时计数器应该有 45、60、5 这 3 个状态，但是连好电路后我们发现和交通灯控制电路相似，计数器也是少状态，直接跳过了 60 秒这个状态，而在 5 和 45 这两个状态之间循环。这次我们按上次的步骤检查电路，发现是多连了一根线，导致置数 60 秒的 74ls244 芯片一直处在高电平无效的状态，所以才会不出现 60 秒的状况，把多连的那根线拔了就正常了。 4、面包板不够用在开始连显示译码部分后，我们发现该部分的连线十分多，可能存在面包板不够用的情况。由于 74ls244 芯片的输入输出端并不是分别分布在芯片两边，这就导致在连接这部分电路时会出现许多折线或飞线的情况，于是我们向老师多借了两块面包板以防万一。随着接线的增多，我们发现多加面包板后连线很不美观，而且同样十分繁琐，于是我们重新调整该部分的布局，两个人尽量想办法不飞线，没想到最后竟然成功了，比起之前加面包板的连线状况要美观了许多。八、设计心得体会拿到课程设计的题目之后,我们就积极查找资料，通过图书馆和网络，我们查阅了大量关于交通灯的设计方案，在掌握了交通灯的基本设计思想后，我们开始比较不同方案的优缺点，取长补短，最后设计出了一套自己的方案。为了验证自己设计的交通灯电路的正确性，我们又开始学习 ewb 仿真软件，并在 ewb 中模拟电路，不断更在和改进。由于 ewb 布线不规则，为了能在实际连接过程中比较清楚得校对实际电路与理论电路的正确性，我们又用 AD6.9 绘制了原理图。在实际连线过程中，我们遇到了很多困难，但是我们并没有气馁，而是积极寻找问题的原因，互相交换意见，慢慢解决问题。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和发现问题、解决问题的能力。同时，也让我认识到了合作的重要性。两个人一组的模式可以让我们在实践中互相帮助，互相监督，互相学习。为了这次课程设计的成功，我把整数电有温习了一遍,增强了自己对知识的理解, 很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了。在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心，但是当这样的问题出现后，我们总是能耐心地排错，使电路最后正常工作，这很好得锻炼了我们的耐心。这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好。课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去，同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力。

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