数电设计交通信号灯控制器教材.docx
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数电设计交通信号灯控制器教材
数字逻辑系统课程设计报告
题目：
交通信号灯控制器
专业、班级：
12级电子工程一班
学生姓名：
学号：
指导教师：
分数:
2014年1月16日
任务书
设计题目
交通信号灯控制器
学生姓名
所在院系
专业班级
设计要求：
设计一个用于十字路口的交通灯控制器。
能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态。
1．东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。
2．东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
3．南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。
4．如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后能恢复正常。
（附加功能）
各任务完成时间：
第12周课设题目选定
第13周查阅资料，制定方案，系统框图
第14周设计单元电路，利用proteus进行电路仿真，验证方案
第15周制作电路板
第16周验收实物
第17周提交课设报告
参考文献阅读：
1、康华光电子技术基础（数字部分）[M].第五版.北京；高等教育出版社2006
2、辛长平电工应用电路图说[M].电子工业出版社，2006
3、谢自美电子线路设计.实验.测验[M].（第三版）.华中科技大学出版社2000
4、电子发烧友论坛、XX文库、XX搜索等网络资源
任务下达时间：
2014年12月2日
任务完成时间：
2014年1月15日
指导教师：
学生：
一、设计任务目的
1.掌握交通信号灯控制器电路的设计、组装。
焊接与调试方法。
2.熟悉并掌握简单数字集成电路的设计和使用方法。
二、设计任务与要求
2.1设计任务：
设计一个用于十字路口的交通灯控制器。
能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿的指示状态。
2.2设计要求：
①东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s。
②东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。
③南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。
④如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后能恢复正常。
（附加功能）
三、设计方案选取与论证
3.1方案选取理由
该交通灯控制器是分两条东西、南北的,两个方面的时间是不同的,东西方向通行15s,南北方向10s,这就要求我们要有两个计数器,根据我自己的经验,东西方向通行15s完,倒计时数字显示器会显示到0,然后切换到南北方向通行10s完之后,倒计时数字显示器也会显示到0之后然后切换到南北方向,这样如此循环,用两片74LS192芯片来构成对应进制的计数器,设计一个16进制和一个11进制的计数器,可以由于是15和10之间循环切换,我们可以用利用JK触发器的翻转功能来实现两种进制计数器之间的切换;当然还有每个方向倒计时只有5s时,黄灯闪,一直到0为止,由于黄灯是当两个计数器倒计时到5时开始闪,我们就可以在这时发出一个脉冲然后一直保持到0,或者是接收0至5这段时间的脉冲都可以控黄灯只在到了这段时间才亮;还有就是一个紧急开关,我们可以控制在出现紧急情况时使用清零端使之清零,并且红灯直接接到电源,使之一直处于亮的状态。
3.2方案的可行性、优缺点
可行性：
所需材料不多，在学生经济范围内；方案思路逻辑均无问题可以实施；软件仿真正常。
优点：
电路整体设计简单，逻辑清晰，方便实现。
缺点：
用万用板连线容易出问题，制作繁琐，容易出现不稳定跳变情况。
3.3方案设计选取
（1）分解任务要求
根据任务要求设系统有以下状态：
S1:
东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；
S2:
东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；
S3:
南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s；
S4:
如果发生紧急事件，可以手动控制四个方向红灯全亮。
表1：
指示灯状态转换表
灯
电路状态
S1R
S1G
S2Y
S3R
S3G
S1
1
1
0
0
0
S2
0
0
1
0
0
S3
0
0
0
1
1
S4
1
0
0
1
0
注:
R，G，Y＝红，绿，黄灯；0表示灭灯，1表示亮灯。
（2）主电路设计
①主电路实现S1→S2→S3状态的转换，
↑↓
②另外可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。
③实现S1＝15s，S2＝5s，S3＝10s
④电路采用器件:
a、S1-Q3使用2个7473实现T触发器功能。
JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能，J=K=T，则得到T触发器。
b、S4使用或门、非门实现，从【表1】可知：
（不能出现红绿同时亮的情况）
（不能出现红黄同时亮的情况）
（不能出现红绿同时亮的情况）
c、使用74192同步可逆10进制计数器2个
（3）方案分析
表2方案分析表
项目
实现方法
优点
缺点
①S1-S3
2个JK触发器
下降脉冲触发，与时钟信号匹配
②S4
与门
解除紧急（S4）后回到原状态
③T
2个74192计数器
容易处理，可显示数值
（4）系统框图
总系统框图
四、电路设计
总体模块设计▲
4.1单元模块电路设计
1、脉冲生成电路：
工作原理：
利用555定时器构成多谐振荡电路，产生脉冲。
功能：
用555设计简单的1HZ脉冲电路。
2、时钟控制系统：
工作原理：
利用74LS192十进制可逆计数器、74LS48七段数码管译码器驱动器、74LS153数据选择器功能，达到时钟控制。
功能：
使用下降时序，个位、十位两片74LS192，经两片74LS48连接数码管。
数据状态通过判断条件进入选择器74LS153。
判断条件成立后执行清零。
3、时序控制：
工作原理：
利用74LS73和74LS86（JK触发器包含SR触发器和T触发器的功能）进行状态选择。
功能：
改装的TFF2个，实现S1→S2→S3状态的转换。
↑↓
4、判断时钟：
功能：
判断74LS192和74LS73的状态，满足条件输出74LS192的清零使能和74LS73的CLK信号。
5、输出调整电路
工作原理：
74LS138译码功能、以及74LS04、74LS32进行一系列逻辑运算。
功能：
翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：
以及输出调整。
6、紧急电平开关控制LED的状态。
功能：
实现紧急情况时所需双红灯显示。
4.2电路总图
电路完整工作过程描述（总体工作原理）：
五、制作及调试过程
5.1装配和调试中的问题和解决办法
（1）555输出的脉冲略快与1HZ。
分析根据 T=0.7（R1+2R2）C可知更改电容或电阻，使其尽可能的接近1HZ。
调试后误差得以减小。
（1）数码管不显示或显示不全等问题。
于是对显示部分检查，发现有些接触不良的情况。
重新焊接固定。
调试后问题不再出现。
（2）数码管、LED均显示，但无状态跳变。
分析可能是电路正负极短路问题。
检查电路，是否有短路情况，未果。
重新焊接一个板，分布焊接、调试，先接脉冲生成电路时钟控制部分接时序部分，将脉冲电路接入时钟控制，方便检查修改。
5.2调试结果
首先东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间15s；接着东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；然后南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间l0s。
三种状态循环。
按下紧急事件电平开关，四个方向红灯全亮，禁止该道路的车辆通行，特殊情况过后再按一下开关恢复正常，继续在三种状态间循环。
5.3元器件清单
表3元器件清单表
序号
型号
数量
备注
1
74LS04
2
2
74LS32
2
3
74LS48
2
4
74LS73
1
5
74LS86
1
6
74LS138
1
7
74LS153
1
8
74LS192
2
9
555
1
10
C
0.01uF
1
11
10uF
1
12
R
10Ω
2
13
39KΩ
1
14
51KΩ
1
15
LED红绿黄
6
16
开关
1
六、结论
6.1问题分析及解决
（2）在起初的设计方案中，只把每个状态时间控制到一定时间内，但未设置成倒计时。
经过重新设计时序部分，最终改成了倒计时。
（3）555输出的脉冲略快与1HZ。
分析根据 T=0.7（R1+2R2）C可知更改电容或电阻，使其尽可能的接近1HZ，以减小误差。
（4）当焊完电路调试时，电路不工作、数码管不了、状态无法跳变。
分析有两种可能性一是芯片问题，二是电路问题。
所以先检查芯片，发现74LS48、74LS,153、74LS192都存在问题。
最后重新购买了一批芯片，检测无故障后安装在电路上。
（5）数码管不显示或显示不全等问题。
分析有两种可能性一是数码管问题，二是电路问题。
先是对显示部分检查，发现有些接触不良的情况。
重新焊接固定。
（6）数码管、LED均显示，但无状态跳变。
分析可能是电路正负极短路问题。
检查电路，是否有短路情况，未果。
重新焊接一个板，分布焊接、调试，先接脉冲生成电路时钟控制部分接时序部分，将脉冲电路接入时钟控制。
将所有芯片的接地接电源并调试已接电路。
然后相继焊接时序控制、输出调整电路、LED灯，每步都进行调试检测。
这样方便检查修改。
6.2心得体会
通过本次数电课程设计使对课堂上的理论知识有了更深一步的了解，加强了动手、思考、解决问题的能力，也增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。
加深了对电子元件的工作原理。
能够熟知它们封装管脚图和实现的基本功能并运用。
在整个过程中，我根据自己所学知识设计出了交通灯控制器的原理图。
其中，经过多次修改、优化。
使我懂得数电设计的基本要求和知识，意识到自己还需要加强学习。
本次设计采用的是万用板。
焊接的过程中，也是考验焊接功底和细心的过程。
只要稍稍不留神就很有可能接错线和管脚，很有可能由于一时不仔细而导致整个交通灯功能无法实现，而且检查麻烦，将要花费大量时间去发现错误和排查错误，而且最后也有可能是事倍功半！
正因如此，在再次焊接时，采用分步法，分模块焊接分步调试。
通过这次课程设计，提醒了我在做设计要有思维严谨的科学精神，也让我明白了如果在专业的路上走下去，这种精神是必不可少。
其次，在此次设计过程中电子设计软件，有了进一步的了解和熟悉，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。
在设计过程中从遇到问题、发现问题所在、构思解决问题，增强了自我纠错能力。
此次课程设计，让我深感还未完全理解数字电子技术上的理论，我还会继续学习和研究。
在今后的学习中，应该结合实例来学习理论知识。
也使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。
所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会。
七、致谢
本次课程设计全部工作是在刘康老师悉心指导和同学的热情帮助下完成的。
老师严谨的治学态度，渊博的学识，身体力行的作风使我受益匪浅。
在整个课题研究期间，材料查找，方案设计，仿真图的绘制与protues软件的应用，一直到电路板的焊接与调试，都源自老师及同学的指导与探讨。
在此，谨向老师和同学致以最真挚的谢意！
八、参考文献
1、康华光电子技术基础（数字部分）[M].第五版.北京；高等教育出版社2006
2、辛长平电工应用电路图说[M].电子工业出版社，2006
3、谢自美电子线路设计.实验.测验[M].（第三版）.华中科技大学出版社2000
4、电子发烧友论坛、XX文库、XX搜索等网络资源。
数字逻辑系统课程设计成绩评定表
序号
评价指标
满分值
得分
1
任务书及设计要求全面、准确
10
2
方案的选择及其论证充分、合理
10
3
基本原理框图的设计思路正确、有新意
10
4
各功能模块的电路仿真
15
5
系统的安装调试，基本功能的实现
25
6
作品的扩展功能与创新
10
7
报告结构合理、规范，条理清晰
10
8
课程设计过程中的学习态度认真、出勤率高
10
总评
教师评语：
指导教师年月日
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