数电课程设计--交通灯设计.doc

课 程 设 计

课程名称 数字电子技术
课题名称 交通灯控制器

专 业
班 级
学 号
姓 名
指导教师 黄 望 军

2014 年 11 月 7 日

课程设计任务书

课程名称： 数字电子技术
题 目：交通灯控制器

专业班级：
学生姓名：
学 号：

审 批：

任务书下达日期 2014年10月27日
设计完成日期 2014年11月 7日

设计内容与设计要求
设计内容：
交通灯控制器设计：
为了确保十字路口的车辆畅通的通行，往往采用自动控制的交通信号来进行指挥。其中红灯亮，表示该条道路禁止通行，黄灯表示停车灯，绿灯表示允许通行。
试着设计一个十字路口的交通信号控制器，要求如下：
（1）要求甲车道和乙车道两交叉以上的车辆交替运行每次通行时间都设为30s。
（2）要求黄灯先亮5s，才能变换车道。
黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。
（3）时间用数字显示
设计要求：
1． 设计思路清晰，给出整体设计框图
2． 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路图、器件清单；
3． 总电路设计
4． 安装 调试电路；
5． 写出设计报告。

主要设计条件

1.提供面包板、直流稳压电源、示波器；

2.提供 TTL集成电路芯片、NE555定时器、电阻及电容等；

说明书格式
1、 课程设计报告封面；
2、 任务书；
3、 说明书目录；
4、 设计总体思路；
5、 单元电路设计；
6、 总电路设计；
7、 总结与设计调试总结；
8、 附录；
9、 参考文献；

进 度 安 排

第一周 星期一：课题内容介绍和查找资料；
星期二：总体电路设计和分电路设计；
星期三：领元件；
星期四：检查元件，安装电路；
星期五：安装、调试电路；
第二周 星期一：安装、调试电路；
星期二：安装、调试电路；
星期三：验收电路；
星期四：写设计报告、打印相关图纸：
星期五：答辩；

参 考 文 献

《电子技术课程设计》 历雅萍、易映萍编
　《电子技术课程设计指导》 彭介华、主编
高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编　
华中理工出版社。

目录
设计总体 1
设计要求 1
设计思路 2
设计框图.............................................................................................................................4
单元电路设计 4
同步十进制计数器 4
译码器 4
十进制加／减计数器 9
秒脉冲产生器 12
其他元件 13
总电路 14
实际接线图 15
安装及调试步骤 15
故障分析及电路改进 16
附录（元器件清单） 17
参考文献 17

总结与体会 18
评分表 20

一、设计总体
1.1设计要求
1.设计并制作交通灯控制电路；
2.电路功能为：
1）采用两位数码显示器显示南北方向时间；采用两位数码显示器显示东西方向时间；
2）交通灯控制器工作流程如下：
倒计时计数以及显示

信号灯控制电路
定时顺序置数电路
黄灯 闪 烁
倒计时计数以及显示

信号灯控制电路
定时顺序置数电路
黄灯 闪 烁
秒脉冲产生
主干道信号灯控制
支干道信号灯控制
时 间 控制 配 合

1.2设计思路
本系统采用主干道和支干道分开实现功能，但又相互配合的思路，用时间的相关性将主干道与支干道的信号灯的亮灭相联系起来。
根据系统的要求：主干道绿灯45秒，支干道绿灯25秒；每次由绿灯变为红灯时，应有5秒黄灯亮作为过渡；则其时间循环图如下所示：
绿灯45秒
黄灯5秒
红灯30秒
主干道循环时间

图2.2 主干道时间循环图
红灯50秒
绿灯25秒
黄灯5秒
支干道循环时间

图2.3 支干道时间循环图
对于其中一条干道，系统的工作流程图如下所示：
秒脉冲产生秒脉冲信号
倒计时工作及显示显示
信号灯控制三种灯亮灭
顺序置数对计数器置数
提供三种灯转换的信号
提供一秒的CP脉冲信号
提供倒计时到零的信号
提供三种预置数
闪黄灯

系统工作原理如下：初始状态，对于主干道，计数器预置数30秒，在CP脉冲的作用下开始进行倒计时，当倒计数至零时，可以对信号灯控制电路产生一个上升沿的单脉冲，该脉冲将作为74LS160的脉冲输入，完成一次计数，实现对绿灯，黄灯和红灯的亮灭的控制，此时红灯亮，当三种信号灯完成一次状态变化时，将变化的信号传送给74LS138译码器，由该译码器选中相应的倒计数置，并将该倒计数置给计数器74LS192，完成一次工作循环，然后是5秒的黄灯，最后是30秒的红灯。对于支干道而言，循环时间是35秒，30秒，5秒，其具体的循环过程与主干道一致。

1.3总体设计框架
定时器

甲车道信号灯

译码器
控制器
秒脉冲发生器

乙车道信号灯

二、单元电路设计
2.1同步十进制计数器74ls160的引脚图如图。

74LS160的功能表如下

输入
输出
CR’
LD
CTp
CTt
CP
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
0
X
X
X
↑
X
X
X
X
0
0
0
0
01
0
X
X
↑
D3
D1
D2
D3
D0
D1
D2
D3
1
1
1
1
↑
X
X
X
X
计数
1
1
0
X
↑
X
X
X
X
保持
1
1
X
0
X
X
X
X
X
保持

因为74ls160控制的是从0开始到3是一个循环因此要将其将输出的Q1，Q2通过与与非非门接到置数端的引脚来控制循环

2.2译码器
二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码一一对应的高，低电平信号。由于需要反馈信号，需要2进制进行转换，由此用到3-8二进制译码器74138.其引脚图如下：

真值表如下
输入
输出
S1

A2
A1
A0

×
1
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
0
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0

从功能表中我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。由该译码器来控制甲乙道的红绿黄灯的状态和74ls192的置数。如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。

通过74ls138译码器来控制东西，南北方向的六个显示灯

其真值表如下：

信号灯信号真值表
状态控制器输出
主干道信号灯
支干道信号灯
Y0’
Y1’
Y2’
Y3’
R(红)
Y（黄）
G（绿）
r(红）
y（黄）
g（绿）
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0

由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：
G=Y3’
Y=Y0’(1HZ)
R=（Y1Y2）’
g= Y1’
y= Y2’(1HZ)
r= （Y0Y3）’
据上述逻辑函数表达式经化简根后可画出交通灯信号控制

2.3十进制加／减计数器
74ls192的功能表：

它的主要功能为：
① CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
② LD为预置输入控制端，异步预置。
③ CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
④ CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，
⑤ BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

74ls192的引脚图如下

通过74ls192来控制倒计时的时间

逻辑电路的真值表如下所示：

南北方向
东西方向
高位
低位

高位
低位

A
B
C
D
A
B
C
D
时间
A
B
C
D
A
B
C
D
时间
Y0
1
1
0
0
0
0
0
0
30
1
0
1
0
1
0
1
0
5
Y1
0
0
0
0
1
0
1
0
5
1
1
0
0
0
0
0
0
30

显示的时间应该是南北方向29-0、4-0东西方向4-0、29-0
2.4秒脉冲产生器

2.5其他元件
1、74ls04六非门的引脚图 ：

真值表如下
A
Y
0
1
1
0

2、74l00两输入与非门的引脚图

真值表如下

AB
Y
00
1
01
1
10
1
11
0

2.6总电路设计图

三、实际接线图

四、安装、调试步骤
1、第一步确认我们仿真好的元器件在实验室器材室是否有领。如没有所需器件，则需要从现有元器件中找到具有类似功能的元器件进行替换。另外在仿真图上要特别注意线的重叠。
2、第二步按照仿真图，上报班长所需领取的元器件，注意，领器件时记得多领一两个备用。
3、第三步测验设备，领到器件和实验箱后，检测元器件是否有断脚。另外检测试验箱，管脚插口是否有被堵的。显示管也是需要注意的地方，因为显示管特别容易烧坏，测线，用万能表或者显示灯测验每一根导线连接是否良好，第四，测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。
4、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。
5、调试，当接完所有的线后，打开电源，调试、验证电路是否符合要求。
6、验收，当电路完全符合要求且正确时，可让指导老师验收并考虑做拓展功能。

五、电路故障分析及电路改进
故障一：本来我们是想用8输入的数码显示管，后来发现8脚数码显示管无法正常使用便修改了电路图，改为四输入的数码显示管。
故障二：在连接好电路图后发现，数码显示管以及交通灯均不亮。
结果：没有接好5V的电源线
故障三：在正常通电之后，我们发现在计数到0时才跳转到30，这样使原来计数为30秒变成实际上的31秒。
结果：我们把异步清零弄成了同步清零导致多出1秒

六、附录（元器件清单）
实验箱（1个）
同步十进制加减法计数器74192（2）
同步十进制加法计数器74160（1个）
3线8线译码器74138（1）
非门74lSL04（2个）
与非门74SL00（2个）
或门74SL32（1）
与门74SL10（2）
共阴极显示管（2）
指示灯（6）
导线若干

七、参考文献
《技术基础实验与仿真》孙胜麟 郭照南主编
《数字电子技术实验》 李毅 谢松云 主编
《数字电子技术基础》 阎石 主编

八、总结与体会
在这两周的课程设计中我感悟了很多，也许你的一念之差就会导致电路图变得复杂，在刚开始的几天我们组内成员经过不断查阅资料，自己画图设计。设计出一个由14块芯片组成的电路图。经过艰难的仿真过程，终于将这个电路图仿真好。但在领元器件时发现我们许多器件没有，原先在仿真中用到的8输入数码显示管也无法使用，另外74ls48也领完。于是我们又开始设计，仿真。同与我们课题一样的另外一组进行讨论，期间我们发现我们用74ls48四线制八线译码器是多余的，完全可以直接接入四输入共阴极数码显示管。不仅让我们难于寻找器件，更使我们的接线图变得凌乱与复杂。进过两组不断的讨论，设计。我们组的电路图由原来的14片芯片简化到6片芯片。这样为我们下一星期的接线打好了良好的基础。
在第一次接线过程中，我们首先将所有芯片插好，没有检查芯片是否能够正常工作。就按照线路图接线，虽然说很快就将线接好。但是，在打开电源开关的时候发现黄灯不停地闪烁。而且数码显示管也不亮。最后实在没有检查出错误，只好重新接线。经过第一次接线的教训，我们观察了其他组的接线方法，发现他们在接线之前要一一检测芯片的好坏。这对我们启发很大，我们通过每一块芯片的工作原理进行一一检测，发现74ls38芯片是坏的。我们在确定芯片是好的之后开始重现接线，从数码显示管开始到黄绿灯。当线接好时，通电之后依旧发现黄灯闪而数码显示管不亮。不得已又重新再来，第三次接线我们开始一部分一部分分开接，先接好计数器部分。发现能正常工作，然后再接黄绿灯部分。最后果然这种分部接线法很实用，我们在发现错误时可以排除另一部分对其的影响，使效率得到了提高。这个接线过程花费了我们3天时间，周六也在接，终于在星期一就能调试出来。

在这次数字电子课程设计中，我从中感悟到很多。在设计电路上，对芯片的了解是这次设计的关键，我们要知道自己需要什么芯片，也要知道什么样的芯片与所需芯片有什么相似功能在没有所需芯片时能够找到代替品。团队合作在这次设计中起到了至关重要的作用。通过两组电路的互补得到了一个简单，实用的电路图。在接线过程中，一步一步细心的检测和接线也是很重要的。不能由于急于求成而放弃其中一些重要的步奏，这样往往是事与愿违。通过这次课程设计使我们对数字电子有了更加进一步的了解，更从中得到了不少感悟
。

电气信息学院课程设计评分表

项 目
评 价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）

开发板焊接及其调试完成情况*（10%）

硬件设计或软件编程完成情况（20%）

硬件测试或软件调试结果*(10%)

设计说明书质量(20%)

答辩情况(10%)

完成任务情况(10%)

独立工作能力(10%)

出勤情况(10%)

综 合 评 分

指导教师签名：________________
日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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