交通灯

电子技术课程设计报告

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电子技术课程设计报告

一. 设计要求

1. 设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求； 2. 必须独立完成设计课题； 3. 合理选用元器件；

4. 按时完成设计任务并提交设计报告。

二.设计的作用、目的

（1）熟悉集成电路的引脚安排。

（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 （3）了解面包板结构及其接线方法。

（4）了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理。 （5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。 （6）熟悉数字交通灯控制电路的设计与制作。

三.设计的具体实现

1． 系统概述

交通灯控制系统的原理框图如下图所示

根据设计要求主道路绿，黄，红灯亮的时间分别为9秒,1秒,7秒。根据要求中交通指示灯定时亮灭，时间只是采用倒计时显示，则需要由定时系统，计数器，时钟电路等来满足，状态控制器主要用于记录十字路口交通灯的找工作状态，通过译码器分别点亮相应状态的信号灯。秒信号发生器产生整个定时系统的时基脉冲，通过减法计数器对秒脉冲计数，达到控制每一种工作状态的持续时间。减法计数器的回零脉冲时状态控制器完成状态转换。

2. 单元电路设计(或仿真)与分析

要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成。

(1) 主控制器。

十字路口车辆运行情况只有4种可能：1、设开始时主干道通行，支干道不通行，在这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为45秒；2、45秒后，主干道不通行，支干道不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5秒；3、5秒后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为25秒。4、25秒后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5秒。5秒后又回到第一种情况，如此重循环反复。因此，要求主控制器也有4种状态，设这4种状态依次为：Q0、Q1、Q2、Q3。。

设Q0＝00，Q1＝01，Q2＝11，Q3＝10，实现这4个状态的电路，可用一片4位二进制同步加计数器74161和两片74151数据选择器来实现这四个状态。可以用输出端S1和S0来表示这四种状态。

（2）计数器。

计数器实现的是倒计数，可采用74190来实现。一般显示为红灯的时时，即停车时间。当状态为Q2和Q3时主干道的红灯亮，主干道的红灯为50秒；当状态为Q0和Q1时支干道的红灯亮，支干道的红灯为30秒。输入1HZ的CP脉冲，即每隔1秒计数器计一次。

（3）控制信号灯的译码电路。

主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。这四种状态可由S1和S0两种状态来实现。

（4）振荡及分频器―――秒脉冲产生电路

数字电子钟应具有标准的时间源，用它产生频率稳定的1HZ脉冲信号，称为秒脉冲，由于它直接影响到计时器走时的准确度，因此采用石英晶体振荡器，并经多级分频电路后获得秒脉冲信号。采用石英晶体振荡器经计数器分频后产生时基信号的电路。从电路的体积、成本以及分频方便考虑，数字计时器通常采用石英晶体振荡频率为32768HZ，经过十五级二分频电路，便可得到频率为1HZ的秒脉冲信号。具体电路如图所示，它选用一片CMOS集成电路CC4060（14位二进制计数器）和一片CT74LS74D触发器组成。

（5） 电路连接图

3．电路的安装与调试 1. 安装步骤：

①.将领来的各种芯片和线进行测试，检验其好坏和功能。

②.将面包板安装到调试箱上，固定好，并测试面包板各触点是否 接通。 ③.将测试合格的芯片按照一定的顺序安装到面板上，安装到位。 ④.按照已经设计并仿真出来的设计图进行接线。分区域分别安 装，可以分步检查功能，易于调试。

⑤.把线接好以后，将调试箱的电源接通，看控制电路是否能正常 工作。如果不能正常工作，就要进行下一步调试。

2. 调试步骤：

①. 检查是否有导线接错或接触不良和相互影响。 ②. 检查芯片是否接触良好。

③. 不断重复以上两步直到显示屏显示工作正常为止。

④. 若因设计并仿真出来的电路图与实际不相符合， 有必要的话 添加一些门电路，使电路实现功能。

故障分析与电路改进：

1.故障分析： 第一次进行仿真的时候发现时间输出与原定的时间输出完全不 一致，经过仔细观察发现，输出的时间与原定设计的时间个位和十位 都出现错误，但时间变化的次数和灯的变化没有错误，故我们推断芯 片 74LS161 没有问题,出现问题的应该是芯片 74LS192。所以我们对照74LS192功能表仔细检查，发现原来我们把 74LS192 的高低位输出接反了，然后我们立马更正了线路。在

再次的仿真时成功完成了交 通灯电路。 第一次接线时，我们发现时间输出与仿真的时间输出并不一致， 经过仔细观察后,发现输出的时间与仿真的时间个位和十位数字完全 相反，故我们推断 74LS192 芯片部分出现错误。经过我们一再的检 查后，发现两块 74LS192 芯片与时间输出的数码器连接出现错误， 刚好把两块 74LS192 芯片的高低位片接反了。然后我们马上换了过 来，改接之后时间输出完全正确。

2．电路的改进：仿真完成之后，我们发现如果把电路中的与非门换成一个与 门和非门的组合，我们就可以省去一块 74LS00 芯片，然后刚好用完 2 块 74LS08 芯片就能完成逻辑组合部分的电路，因此电路的接线得 到了简化。 系统电路测试

交通灯整个控制点电路是由秒脉冲、计数器、控制器、声响点路组成，其中主干道和支干道的交通灯如图所示，D触发器和计数器的时钟信号均有系统中的标准时钟——秒脉冲提供，为了提高电路的驱动能力同时消除电路的时间延迟，D触发器的时钟信号还要通过一个非门连接，整个控制电路的核心为控制器：其由D触发器和74LS153译码器组成，其输入输出有以下三个方程决定。

电路的工作情况

设控制器的初始状态为Z0=00，主道绿，支道红，主道车通行，行人禁止横穿；支道禁止车通行，行人可横穿；当Z0的持续时间小于25秒时，TL = 0，控制器保持Z0状态不变。当Z0的持续时间等于25秒时，TL = 1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个状态Z1=01，主道黄且其闪烁，人行道上的报警器随黄灯的变化而响鸣，支道红，主干道车缓慢行驶，支干道车禁止通行，行人准备通行；黄灯时间5秒到时TY = 1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个状态Z2=11，主道红，支道绿，主道禁止车通行，行人可横穿；支道车通行，行人禁止通行当绿灯亮足25秒，TL = 1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个状态Z3=10，主道红，支道黄闪烁，人行道上的报警器随黄灯的变化而响鸣，主干道车禁止通行，支干道车缓慢行驶，行人准备通行；当五秒到时，TY = 1，控制器发出状态转换信号ST，并转换到下一个状态Z0=00，按照这种判断、分析，将这四种状态的转换无限循环（不断电的情况下）。

四．心得体会、存在问题和进一步的改进意见等

设计心得体会开始拿到题目的时候，不知道怎么去做,因为已经有一段时间没看数电了，自己对这门课的设计都不是很会， 对很多的芯片的功能都不是很

清楚， 而且还要带一个专升本的同学去做这 个设计，所以做得特别认真。从收集资料到仿真在到做实物一共用了半个月的时间。在做 PCB 板的时候，花了很长的时间去布线，由于芯片太多，线很乱不得不手动布线，一共用 了一天的时间才做好。 通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,但是 控制器控制信号灯不是很好。 虽然花了很多的时间， 但学到了很多东西。 做课程设计的时候, 自己把整个书本都看了几遍， 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。在课程设计的过程中，我想了很多种方案，对同一个问题(像计数器的接法) 都想了很多种不同的接法， 运用不同的芯片进行了比较， 最后还是采取了上面的方法进行连接。

五．附录（原理图见最后一页）

元器件 74LS161 74LS20 74LS00 74LS141 电阻 电容 16进制显示器 数电实验箱 数量 1片 2片 1片 1片 若干 若干 1片 一个

六．参考文献

[1] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999 年

[2] 罗杰等编. 电子技术基础试验. 北京：高等教育出版社，2008 年 [3] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004 年 [4] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001 年