交通灯课程设计报告.doc

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1、 交通灯课程设计报告一 交通灯二 任务和要求 红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。倒计数计时器绿灯黄灯红灯红 黄 绿灯 灯 灯1在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。2设置一组数码管，以倒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是20s，另一个方向上绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的的时间都是5s。3选做：当任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选做：用两组数码管，实现双向倒计时显示。三、总体方案在一个有主、支干道的

2、十字路口，主、支干道各设置一组红、黄、绿三色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变为红灯之前，黄灯先亮5秒，以提示未通行的车辆准备停车。由于主干道车辆较多，所以要求主干道处于通行状态的时间长一些，设为30秒；而支干道通行时间为20秒。主要功能为：1.实现红绿灯的交通管制功能；2.在红绿灯交换的前5秒，由黄灯提示司机注意，准备停车，且此时绿灯熄灭；3.可适应主次干道不同的车流量的需要，拟设计主干道的车辆通行时间为30秒，支干道的车辆通行时间为20秒；4.采用倒计时的方式，提示司机剩余时间。简单原理如下：由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置计时工作

3、稳定进行。用一片74LS161作为计数器，将其输出端通过非门与74LS48相连后，把74LS48输出端连到数码管上，实现倒计时。用另外一片74LS161作为状态控制器，控制状态变量Q2Q1的变化，即实现变化：00-01-10-11，从而使计数器实现模10、模2、模5的转化。六个灯与由状态控制器控制的74LS74的输出端通过门电路直接相连。总体方案原理图如图：在电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CP脉冲，计数器74LS161接受CP脉冲，实现同步计时。通过非门连接计数器输出端与译码驱动电路，在数码管上显示倒计时。将两片计数器的进位输出RCO取反用以控制其自身循环置数，又两片进位输出

4、RCO与后状态控制器74LS161的脉冲信号，由此，状态从00变至01，历时30s；从01至10，历时5s；从10至11，历时20s；再从11变至00，历时5s，依次循环。状态不同，计数器置数和红绿灯如何显示不同；计数器置数不同，则模值不同，状态改变时间也不同。然后状态控制电路74LS161控制计时电路74LS161的输入端。当状态控制电路的输出Q1Q0为00时实现模30的计数器，此时主干道的绿灯和支干道的红灯亮；为01时实现模5计数器，此时主干道的黄灯和支干道的红灯亮；为10时实现模20的计数器，此时主干道的红灯和支干道的绿灯亮；为11时实现模5的计数器，此时主干道的红灯和次干道的黄灯亮；然

5、后Q1、Q0再回到00状态，这样就实现了交通灯的循环且实现了主支干道通车时间不同的功能。(1). Q1Q0为00时，主干道绿灯与支干道红灯亮，即：AG、BR，时间持续30s；(2).Q1Q0为01时，主干道黄灯与支干道红灯亮，即：AY、BR，时间持续5s；(3).Q1Q00为10时，主干道红灯与支干道绿灯亮，即：AR、BG，时间持续20s；(4). Q1Q00为11时，主干道红灯与支干道黄灯亮，即：AR、BY，时间持续5s；四个状态以00-01-10-11的顺序循环出现。其工作流程图如图：状态00持续30s支干道红灯亮主干道绿灯亮状态01持续5s支干道红灯亮主干道黄灯亮状态10持续20s支干道

6、绿灯亮主干道红灯亮状态11持续5s支干道黄灯亮主干道红灯亮图2 工作流程图四、单元电路的设计： (1) 时钟脉冲产生电路： 产生稳定的秒脉冲（f=1Hz）信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。用555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的脉冲信号，即不同的频率的脉冲。 脉冲电路图： 555芯片一片、4.7u和0.1u的电容、4.7k、和150k电阻(2) 计时控制电路：利用系统的状态量Q1、Q0分别控制计数两片74LS161的置数端D0，D1，D2，D3和D0,D1,D2，D3。当系统状态处在AGBR时，进制是模30，低位有效状态为0110，0111，1000，1111

7、，高位有效状态为1101,1110,1111，低位置为0110；高位置1101，当系统处在ARBG时，进制是模20，低位有效状态为0110，0111，1000，1111，高位有效状态为1101,1111，低位置为0111，高位置1110；当系统处在AYBR或ARBY时，进制是模5，低位有效状态为1011，1100，1101,1110,1111，高位没有有效状态，低位置为1011，高位置1111:；由此有：状态控制器输出计时电路置数低位高位Q1Q0D3D2D1D0D3D2D1Q00001101101011011111110011011101110111111所以有： D3=Q0 D2=/Q2 D

8、1=1 D0=Q0 D3=1 D2=1 D1= Q0 + Q1 Q0=Q0 + /Q1注：符号“/”代表逻辑非按照上述函数表达式将代表状态的信号分别连接至计数器低位置数端D3、D2、D1、D0和高位置数端D3,D2,D1,D0上，通过状态变量控制置数。并将L两计数器高位进位RCO通过非门连至其同步置数端LOAD上，即：当此次计数至1111时，再接受一个脉冲信号，RCO由0变为1，同时，LOAD由1变为0，在脉冲到来时开始下一次置数。再将低位片的CP和高位片的LOAD上。使用主要器件：74LS161、74LS04。(3) 主控电路将控制状态的74LS161的所有置数端接地，即置零，把高位和低位计

9、数器的高位进位通过与门后作为状态控制器的脉冲信号，当每次计数器计到1111后，计数器的RCO将由0变为1，产生一个上升沿。由于要通过此片74LS161实现状态变化：00-01-10-11，因此再将其输出Q1与Q0通过与非门连至本芯片同步置数端LOAD上。再用门电路，依据D3、D2、D1、D0的函数表达式，把状态控制器的输出Q1、Q0与计数器的置数端相连接，实现状态控制器与计数器相互控制。如图：(4).交通信号显示电路 红绿灯显示所代表的状态，同样与状态控制电路的状态一一对应，即主控电路的输出Q1和Q0决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。如灯亮用“1”表示，灯灭用“0”表示，则有表：状态控制

10、器输出主干道信号灯支干道信号灯Q1Q0ARAYAGBRBYBG00001100010101001010000111100010(5).倒计时当每一状态发生变化时，置入的数据将同时改变，通过非门连接，将计数器输出信号加至七段数码管译码驱动器74LS48上，然后把74LS48的输出接到数码管上，在数码管上显示倒计的秒数，具体显示如表2：表2Q1Q0主干道支干道00绿灯 29-0红灯（30秒）01黄灯 4-0红灯（5秒）10红灯19-0绿灯（20秒）11红灯 4-0黄灯（5秒）使用主要器件：74LS48、74LS04、数码管、限流保护电阻。五总体电路图 六、波形图六 电路组装、调试过程中发生的问题及

11、解决的方法。 在实验中，器件的连接很容易出错，不是面包板的接触不良，就是导线较短，这些问题又不好检查，只能用万用表细心的检测，也存在芯片坏掉的问题，经常和别人换一下就好了，再有就是芯片的使能端应注意，不能悬空。最后在按照原理图检查就好了。七 分析和总结 两周的实习就是将从课本上的知识应用于实际中，数字电路课程设计就是很好的实践。在交通灯控制系统设计中，充分的体现了动手能力和对课本知识的掌握程度。而设计过程又存在着许多的问题，由于面包板的地方有限，所以必须先合理的规划每个模块的位置，其次，芯片周围的布线也得小心处理，粗心大意的代价就是局部短路。实习中更是将各个芯片的功能状态系统地学习了一遍，熟练地用它们实现所需的功能。不过在所遇到的问题处理过程中有成功也有失败，但这确实加强了自己的动手能力，最终我还是体会到成功的喜悦。