9交通灯.docx
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9交通灯
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——交通灯控制器
课题一红绿灯交通信号系统
一．红绿灯交通信号系统功能概述
红绿灯交通信号系统为模拟实际的十字路口交通信号灯。
外部硬件电路包括：
两组红黄绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、计时显示器（显示允许通行或禁止通行时间）。
红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。
图1
二．任务和要求
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，以计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，中绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的时间是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。
三．总体方案的选择
图2
图2中，假设每个单位时间为5秒，则南北方向的绿、黄、红灯亮的时间分别为30秒、5秒、25秒，东西方向的绿、黄、红灯亮的时间分别为20秒、5秒、30秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀。
十字路口要有数字显示装置，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
具体要求为：
当某方向的信号灯亮时，置计数器为某一个数值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为“0”，然后进入另一个工作状态，十字路口红、绿、黄灯交换。
例如：
当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向数字显示为29，并使数显计数器开始减“1”计数，当减法计数到“0”时，绿灯灭而黄灯亮，此时数码管显示为4；当减法计数到“0”时红灯亮，开始倒数计时。
交通灯控制系统的原理框图如图3所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲发生器等部分组成。
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，经驱动电路驱动信号灯工作。
控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
图3交通灯系统原理框图
四.单元电路的设计
根据设计任务、要求、以及实验室所提供的器材，参考交通灯系统原理，设计方案分如下几个部分：
1．1Hz标准脉冲发生器
其电路图如图4
图4秒脉冲发生器
2．交通灯状态控制器
控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。
其工作流程图如图5。
从流程图可以得出控制器的状态转换表，如图6。
根据分析，控制器分为00、01、10、11四种状态，而74LS161作为二进制计数时，其低两位就在00~11之间循环变化，故由一片74LS161计数器取其低两位Q1Q0作为状态信号。
由控制器状态转换表可得当CO1和CO2取值都为1时，控制器状态发生翻转（即要控制器计数），而当状态翻转时定时计数器也要重新开始计数。
图中的CO1和CO2是用来控制状态转换的，它们各自的反信号又用来启动定时器开始计数。
图5交通灯控制流程图
图6控制器状态转换表
输入
输出
现态
状态转换条件
次态
Q1Q0
Co1Co2
Q1Q0
00
11
01
01
11
10
10
11
11
11
11
00
3．信号灯的控制
信号灯的亮灭控制器状态编码之间的关系如图7所示：
Q1Q0
NSRNSYNSG
EWREWYEWG
00
001
100
01
010
100
10
100
001
11
100
010
图7
根据上图可知信号灯共有6种状态，而NSR和EWR只和Q1状态有关，因此采用一片74LS161低两位就可以得到所需的四种信号灯状态。
因为二四译码器的输出为低电平有效，所以要在每一个输出端加一个非门才是真正的红绿灯状态。
其表达式为：
NSG=Y0NSY=Y1NSR=Q1
EWG=Y2EWY=Y3EWR=Q1
其中Q1、Q0为双二四译码器的输入端,Y0、Y1、Y2、Y3为译码器的输出端。
4．减法计数器
在此次设计中需用到三种不同进制的计数器，且要求实现倒数记时，而且扩展芯片功能时要用到使能端，因此采用两片74LS161，活用置数端，就能实现30进制，5进制,20进制。
其置数端与Q1、Q0的关系如下：
控制器状态
十位置数端
个位置数端
Q1Q0
DCBA
DCBA
00
1101
0110
01
1111
1011
10
1110
0110
11
1111
1011
置数端按招上标置数，就可以实现各种不同进制计数以及不同进制之间的切换。
五、电路图
六．输入输出波形图
七．电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法
此次数字逻辑电路设计实习，我所作的题目是交通灯控制系统。
通过六天的辛勤努力并在老师和同学的帮助下，我顺利完成了本次实习，使我进一步了解了数字电路课程的知识，及其在实际当中的应用，同时也掌握了几种常用数字电路芯片的工作原理，熟记了它们的真值表，了解一般科学实验的基本步骤，学会用科学精神去处理实际问题，初步培养了科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
对于面包板的布局设计，首先要统一拉线，比如说面包板的横向模块，统一采用上Vcc下GND的布局，这样有利于芯片的电源和地线接入和排障。
而脉冲产生电路和倒计时电路则可布于面包板的一角。
这样有利于主控制器电路的设计和布局。
芯片布局要均匀，走线尽量避免搭线，这样有利于排障，并且布局也更加美观一些。
在一个主次干道的十字路口，主次干道各设置一组红，黄，绿三种颜色的交通灯。
红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。
在绿灯变红灯时先要求黄灯亮5秒钟，以便让后来车辆准备停车。
由于主干道车辆较多，次干道车辆较少，所以要求主干道经常处于通行状态。
而不是主次干道通行时间一致，这样更符合实际情况，并且也更具有实际应用价值。
这几天的课程设计实习，使我感悟最深的是数字电路设计不仅需要有相对深厚的知识功底更需要有严谨认真的科学态度。
好的电路设计不仅要求正确，而且要求是最简单的，这里说的最简单是要用最少的器件来实现比较复杂的电路，并且也要求器件尽量的简单，我们要的是对整体电路来讲是最简的，尽量在功能齐全的前提下减少所用器件的数量。
当觉得电路设计方案没有问题时就可以在面包板上接线了。
在面包板上接线时，对于电路本身存在一个安全稳定性问题,所以尽量用一根导线将输出和输入接通，因为导线中间每断一次电路就会存在一个安全隐患。
另外，接线时我们还最好是接好一个模块就检查一个，如果没有问题再对下一个模块接线。
接线时要注意自己的布线，尽量布局合理美观。
接线完成后，就要调试电路，这是一个很重要的环节。
结果错误的可能原因有很多，可能是设计本身或是接线问题或接触问题，也可能是所用器件问题。
本人在设计过程中发现红绿灯状态与时间显示的状态错位这一异常现象，经过调试，和检查电路以及每个片子的工作情况，终于发现译码器出现问题，更换片子好可以正确显示计时！
八．分析和总结
培养创新思维，提高科学素养。
要做好此次实验，一定要有热情、有信心、
积极主动地思考，实验。
在实验中要尽可能体现最优原则，实验方案要认真
分析选择最优最简的。
最后要认真对待实验报告，原理一定
要写清楚才能在总结分析中真正有所收获。
在课程设计过程中，我们遇到了各种各样的困难，比如说，对交通灯四个状态量的转换，计数器模数的转换，如何通过芯片控制，并采用哪种型号芯片来实现。
在设计之前大脑都是空白的，不过这很正常，毕竟这是第一次作电路课程设计，都没经验，还好有辅导老师的点拨，在查阅了大量的资料后，最终设计出一张电路图。
当然，在实际的连线过程中我们也是绞尽脑汁提高电路的可视性、易查性、优化性。
尽管我们一个一个管脚连接，但是实际的操作中，还是有问题，先是数字不进位，后是状态转换不对，再后来系统整个瘫痪，一度让我们失望，但有老师的鼓励，和自己不服输的意志，我们不厌其烦的测试检查，终于一项项纠正过来，使整个系统再次运转过来，直至最后的成功，一股成就感喜悦得让自己备感兴奋，这次动手练习过程中我还优化了自己剪线技能，做出的布线非常整齐，但最终的还是加深我对各种芯片功能了解，对了在我设计的这个课题中，我还明白了同步清零，和异步清零区别，课程的设计使我初步明白现代很多高科技集成化的原理，我很喜欢这次实践经历，希望以后能多参加这种实践课程设计活动。
九．参考文献
1、《数字电路逻辑设计》（脉冲与数字电路第三版）
王疏银主编高等教育出版社
2、《数字电路实验指导书》
（西安邮电学院电子与信息工程系）
张亚婷王利杨乐周丽娟郭华编
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室（单位）
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日——2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；选定题目，并设计电路，完成电路设计；电路仿真；领取元器件，开始组装电路；
第二周
组装电路;老师验收电路;写实验报告；实验总结；
成绩鉴定
学习内容
（40分）
基本功能完成情况（25分）
扩展功能完成情况（10分）
其它（5分）
接受单位评价
（20分）
实践能力（10分）
学习态度（6分）
学习纪律（4分）
报告鉴定
（40分）
报告内容与实践过程紧密结合（20分）
报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分）
评阅教师姓名
张春茗
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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