城市交通信号控制系统.docx
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城市交通信号控制系统
电子设计实验报告
实验名称：
城市交通信号控制系统
姓名：
刘博
班级：
107070501
学号：
10707050112
城市交通信号控制系统
一．器件介绍
（1）器件样单
1.74LS04
2.74LS20
3.74LS32
4.74LS48
5.74LS192
6.74LS244
7.74LS245
8.CD4017
9..7段显示数码管
（2）芯片使用说明
1.74LS04如图三，图四所示：
图三
图四
7号管脚接地，14号管脚接5V高电平。
1,2号管脚对应第1个逻辑非门,1输入，2输出。
3,4号管脚对应第二个逻辑非门，3输入，4输出。
5,6号管脚对应第三个逻辑非门，5输入，6输出。
8,9号管脚对应第.四个逻辑非门，,9输入，8输出。
10,11号管脚对应第五个逻辑非门，,11输入，10输出。
12，13号管脚对应第六个逻辑非门，,13输入，12输出。
2.74LS20
74ls20是常用的双4输入与非门集成电路，常用在各种数字电路和单片机系统中，他的cmos版本是74hc20,下面我给大家介绍一下这个芯片的相关资料，下面是管脚图：
<74HC20,74ls20引脚图>
这个74ls20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门第一组：
1,2,4,5输入6输出。
第2组：
9,10,12,13输入8输出。
74LS20功能表
ABCDY
11110
0XXX1
X0XX1
XX0X1
XXX01
<74LS20真值表>
74HC20,74ls20测试:
只要通过对输入1111,0111,1011,1101,1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常.
3.74LS32
74LS32是四－2输入或门正逻辑Y=A＋B7脚接地，14接电源1＋2＝3，4+5＝6，9+10＝8，12+13＝11
4.74LS48
74LS48的输入端是四位二进制信号（8421BCD码），a、b、c、d、e、f、g是七段译码器的输出驱动信号，高电平有效。
可直接驱动共阴极七段数码管，是使能端，起辅助控制作用。
使能端的作用如下：
（1）LT是试灯输入端，当LT=0，BI=1时，不管其它输入是什么状态，a~g七段全亮；
（2）BI静态灭灯输入，当BI=0，不论其它输入状态如何，a~g均为0，显示管熄灭；（3）RBI动态灭零输入，当LT=1，RBI=0时，如果A3A2A1A0（ABCD）=0000时，a~g均为各段熄灭；（4）RBO动态灭零输出，它与灭灯输入BI共用一个引出端。
当在动态灭零时输出才为0。
片间与RBI配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零
5.74LS192
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
（bcd,二进制），CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端，异步预置。
CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
6.74LS244
74LS244是8路3态缓冲驱动,也叫做线驱动或者总线驱动门电路。
简单地说，它有8个输入端，8个输出端。
引脚定义如下：
引脚功能1------1G1Y1-1Y4输出控制，低电平有效，高电平高阻2------1A1输入端，对应的输出为1Y13------2Y4输出端，对应的输入为2A44------1A25------2Y36------1A37------1Y28------1A49------2Y110-----GND地11-----2A112-----1Y413-----2A214-----1Y315-----2A316-----1Y217-----2A418-----1Y119-----2G2Y1-2Y4输出控制端20-----VCC电源正
7.74LS245
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。
单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控制端1G和2G控制；双向的有16个三态驱动器，每个方向8个。
在控制端G有效时（G为低电平），由DIR端控制驱动方向：
DIR为“1”时方向从左到右（输出允许），DIR为“0”时方向从右到左（输入允许）。
74LS244和74LS245的引脚图如图所示。
245内部结构及真值表
G＝0，DIR＝0，B->A;
G=0,DIR=1,A->B;
G=1,DIR=X,X=0或者1，输入和输出均为高阻态；高阻态的含意就是相当于没有这个芯片
74LS245是8路3态双向缓冲驱动,也叫做总线驱动门电路或线驱动。
主要使用在数据的双向缓冲，原来常见于51的数据接口电路，比如，早期电路中，扩展了很多的8255/8155/8251/8253/573等芯片的时候，担心8031的数据驱动能力不足，就使用一片245作为数据缓冲电路，增强驱动能力；也常见与ISA卡的接口电路.
8.CD4017
cd4017中文资料内容说明：
CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。
时钟输
入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为
低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。
CR为高电平时，计数器清零。
Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通，保证了
正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个
时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。
CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）
和陶瓷片状载体（C）4种封装形式。
引出端功能符号
CO：
进位脉冲输渊
CP：
时钟输入端
CR：
清除端
INH：
禁止端
Q0-Q9计数脉冲输出端
VDD：
正电源
VSS：
地
二．原理分析
要实现上述城市道路交叉路口信号灯的自动控制，则要求交通信号控系统由控制器，倒计时器，倒计时器时间数字显示部分，红，绿，黄信号灯等几个部分组成，其构成原理方框图如图二所示。
图中有向线段的箭头表示信号流向。
图二。
倒计时器用于对秒脉冲的计数，完成计时任务，向控制器发出相应的定时信号，控制主干道和次干道的通车时间，禁止通行时间和黄灯亮的时间。
控制器根据倒计时器送来的信号，保持或改变系统的状态，以实现对主，次干道车辆运行状态的控制。
同时，控制器对倒计时时间数字显示部分进行控制，使得数码管显示器能以两位十进制数字显示红，绿，黄色信号灯亮的倒计时时间。
用标准数字集成电路实现交通信号控制系统的设计有设计原理简单，但结构复杂的特点。
图二中的倒计时器可以用十进制减法计数器构成；控制器可以用触发器或其他功能的常规数字集成电路芯片来进行设计；倒计时时间数字显示部分也要用到减法计数器，还要用到显示译码器等标准数字集成电路芯片。
在实验电路图中，IC1，IC2组成“主干道通车倒计时器”；IC3组成“主干道黄灯亮计时器”；IC7,IC8，IC9组成“控制器”；LED1~LED6表示“主，次干道的绿，黄，红灯”。
上面所述4个“倒计时器”都是由十进制可逆计数器74LS192组成的，IC1,IC2级联组成减法计数器，秒脉冲从IC2的第4脚输入。
当LD’=0时，由IC1，IC2组成的减法计数器处于预置数功能状态，可编程的预置数由8421BCD码拨盘开关SW1，SW2产生。
当LD’=1时，由IC1，IC2组成的减法计数器处于减法计数状态，在秒脉冲的作用下，从开关设置的数值开始每秒钟减1，当减到00时，IC1的第13脚产生借位负脉冲BO’=0，此负脉冲送到由IC7，IC8，IC9组成的“控制器”，使得“控制器”的状态发生改变。
其他“倒计时器”的工作过程与“主干道通车计时器”相同。
SW3，SW4用来预置次干道通车时间；SW5用来预置主，次干道黄灯亮的时间。
“控制器”主要由IC7组成。
“控制器”中的IC7是CMOS数字集成电路（型号为CD4017）,是十进制计数/脉冲分配器。
在任何时刻，IC7的输出Y0~Y4总是有且仅有一个为逻辑1。
当Y0=1，Y1=Y2=Y3=Y4=0时，“主干道通车倒计时器”进行减法计数，当计数到00时，“主干道通车倒计时器”产生的借位负脉冲送到与非门IC8（型号为74LS20）,由IC8产生正脉冲送到IC7，时IC7的状态改变为Y1=1，Y0=Y2=Y3=Y4=0。
这时，“主干道通车倒计时器”处于预置数功能状态，而“主干道黄灯亮倒计时器”IC3开始作减法计数。
当“次干道黄灯倒计时器”IC6减计数到0时，IC7的状态改变为Y4=1，Y0=Y1=Y2=Y3=0，因为IC7的输出端Y4接清零端Cr，所以这时IC7处于清零功能状态，则IC7的状态立即又变为Y0=1，Y1=Y2=Y3=Y4=0。
由此可见，IC7是循环工作的。
“控制器”中的或门IC9（型号为74LS32）,用来产生红色信号灯的控制信号。
主干道的红色信号灯LED1的控制信号时X1，在X1=1时LED1亮。
而X1=Y2+Y3，由此可知，当次干道的绿灯亮或次干道的黄灯亮时，主干道的红色信号灯LED1也亮。
次干道的红色信号灯LED6的控制信号时X2，X2=Y0+Y1，这样，当主干道的绿灯亮或主干道的黄灯亮时，次干道的红色信号灯LED6也亮。
倒计时时间数字显示部分，左右两半部分分别是主，次干道倒计时时间数字显示电路。
倒计时时间数字显示部分，具有两个功能，一是用两个十进制数字分时显示红，绿，黄色信号灯亮的时间，即分时显示的功能；二是对红色信号灯亮的时间实现倒计时，即红色信号灯亮的倒计时显示功能。
分时显示的功能由三态门74LS244,74lS245实现。
通过三态控制端的控制作用，在任何时刻，只有红，绿，黄色信号灯亮的倒计时器中的一个倒计时器的状态，被送到七段译码/驱动电路IC20，IC21（型号为74LS48）,经译码后，驱动共阴极数码管LED7，LED8显示倒计时器的状态。
通过控制部分的IC9（型号为74LS32）,可以方便地获得主干道红色灯LED1的控制信号X1和次干道红色信号灯LED6的控制信号X2。
为了实现红色信号灯亮的倒计时问题，必须再设计红色信号灯亮的倒计时器。
IC10，IC11构成了主干道红色信号灯亮的倒计时器，SW6，SW7用来提供可编程的主干道红色信号灯亮的时间预置数。
但是，SW6，SW7提供的可编程的预置数，必须等于次干道绿灯亮的时间与次干道黄灯亮的时间之和，即等于SW3，SW4的预置数与SW5的预置数之和。
3．实验数据
控制模块电路图：
显示模块：
总电路图：
主干道绿灯亮16，主干道黄灯亮5秒，主干道红灯亮16秒。
次干道绿灯亮13秒，次干道黄灯亮3秒，次干道红灯亮21秒。
由于连线的关系，所以开关设置的顺序从左到右A，B，C，D，SW1设置为1000，SW2设置为0110，SW3设置为1000，SW4设置为1100，SW5设置为1100，
SW6设置为1000，SW7设置为0110，SW8设置为0100，SW9设置为1000。
四.实验心得
1.交通灯显示只有一个状态
现象：
交通灯只显示一个状态。
分析：
CD4017没有进行状态转换。
检查CD4017的14端输入信号。
结果为没有保持原有信号，可知，74LS192的借位端没有输出信号。
仔细检查发现将74LS192的进位端CO’当做借位端BO’信号进行连线。
所以没有借位信号输出到IC8，也就使IC7CD4017的14端的状态改变端口没有信号，也就使CD4017始终保持为Y0=1，Y1=Y2=Y3=Y4=0的状态。
导致了交通灯只显示一个状态。
2.高位数码管不能正常显示
现象：
高位数码管不能正常显示。
由于在EWB中没有74LS245用74LS244代替。
所以，74LS245的输入端A1~A8信号对应74LS244的A1~A4输入端为管脚2,46,8。
A5~A8输入端为管脚11,13,15,17管脚。
74LS245的输出端B1~B8对应74LS244的B1~B4输出端18,16,14,12管脚，B5~B8输出端9,7,5,3管脚。
总线驱动器74LS244和74LS245经常用作三态数据缓冲器，74LS244为单向三态数据缓冲器，而74LS245为双向三态数据缓冲器。
单向的内部有8个三态驱动器，分成两组，分别由控制端1G和2G控制；双向的有16个三态驱动器，每个方向8个。
在控制端G有效时（G为低电平），由DIR端控制驱动方向：
DIR为“1”时方向从左到右（输出允许），DIR为“0”时方向从右到左（输入允许）。
所以，在使用74LS244时需要将1号管脚1G’和19号管脚2G’都接低电平才能使芯片正常工作。
3.电路设计时讲究结构布局，布局合理，结构紧凑。
大体依照矩形进行布局，走直线，尽量避免交叉，不能太过繁杂，张乱。
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