1、中南林業(yè)科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)交通燈控制器52011級(jí)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告通燈控制器院（系）：計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)：2011級(jí)i甬彳:工術(shù)初:姓名;謝仙學(xué)號(hào):2。11455指導(dǎo)教師:楊菊秋1弓I言32任務(wù)與要求33課程設(shè)計(jì)摘要及整體方框圖34課程設(shè)計(jì)原理44.1555定時(shí)器54.2七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器40244.3二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS19384.4數(shù)碼顯示電路9結(jié)論10體會(huì)與收獲附錄：101、整體電路原理圖112、元件表123、焊接與調(diào)試121引言交通信號(hào)燈常用于交叉路口，用來(lái)控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設(shè)計(jì)主要由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路組成。秒脈

2、沖發(fā)生器由NE555產(chǎn)生脈沖，計(jì)數(shù)器由74LS193和4024實(shí)現(xiàn)，譯碼電路采用74LS48和七段數(shù)碼管來(lái)顯示。2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求交通燈控制信號(hào)的應(yīng)用非常廣泛。本電路設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器，需要達(dá)到的目的如下；一個(gè)周期64秒，平均分配，前32秒紅燈亮，后32秒綠燈亮。在紅燈亮的期間的后8秒與紅燈在一起的黃燈閃爍（注意：紅燈同時(shí)亮）。為了顯示效果明顯，設(shè)計(jì)閃爍頻率為lo在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍（注意：綠燈同時(shí)亮），為了顯示效果明顯，設(shè)計(jì)閃爍頻率為lo在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示，在此期間以外，數(shù)碼管不亮。3課程設(shè)計(jì)摘要及整體方框圖為了完成交通燈控制電路的設(shè)計(jì)，方案考慮如下

3、：一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器，一個(gè)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，一個(gè)十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，紅燈與綠燈以及黃燈是否亮是由二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出端狀態(tài)來(lái)決定的，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)組合邏輯電路，它的輸入信號(hào)就是二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，它的輸出就是發(fā)光二極管的控制信號(hào)，因此，需要一個(gè)組合邏輯電路，六個(gè)發(fā)光二極管（二個(gè)紅色發(fā)光二極管，二個(gè)綠色發(fā)光二極管，二個(gè)黃色發(fā)光二極管）電路，一個(gè)數(shù)碼管顯示電路。結(jié)構(gòu)圖如下：4課程設(shè)計(jì)原理分析及相關(guān)知識(shí)概述脈沖信號(hào)發(fā)生器由定時(shí)器555構(gòu)成。二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器由七位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成。十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器由74LS193可逆可預(yù)置十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。組合邏輯電路根據(jù)其輸入輸出的邏輯關(guān)系后再確定電路芯

4、片。驅(qū)動(dòng)器選用74LS48o從以上討論可知，需要對(duì)所采用的芯片有比較詳細(xì)的了解。下面對(duì)以上幾種芯片的基本知識(shí)和基本特性進(jìn)行介紹。中南林業(yè)科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)交通燈控制器4.1555定時(shí)器555定時(shí)器是一塊常用的集成電路，電路符號(hào)如左圖所示，8為電源端VCC,1為公共端GNDo所加電源電壓范圍：4.5V<VCC<18V,最大輸出電流達(dá)200mA。內(nèi)部電路原理圖如右圖所示，內(nèi)部有三個(gè)相同的分壓電阻，每個(gè)電阻上的電壓都為1/3VCC。兩個(gè)比較器C1和C2,C1的比較電壓為2/3VCC,C2的比較電壓為1/3VCC,當(dāng)比較器“+”端電壓大于比較器“-”端電壓時(shí)，比較器輸出高電平（其狀態(tài)用1表示

5、），當(dāng)比較器“+”端電壓低于比較器“-”端電壓時(shí)，比較器輸出低電平（其狀態(tài)用。表示）。Gl,G2兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，G3為輸出緩沖反相器，起整形和提高帶負(fù)載能力的作用。T為泄放三極管，為外接電容提供充放電回路。利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)電路時(shí)，主要是考慮如何讓2和6的電位發(fā)生變化（外接信號(hào)或利用電容器的充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)）而讓定時(shí)器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，而設(shè)計(jì)成各種具有不同功能的電路。實(shí)際555器件如小圖所示，有小圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的腳為1腳，依逆時(shí)針?lè)较蛞来螢?,3,4,5,6,7,8號(hào)腳。555應(yīng)用：多諧振蕩器（產(chǎn)生連續(xù)矩形波信號(hào)），電路原理如圖所示（4腳為高電平時(shí)，電路振蕩，4腳為低電平時(shí)，電路不振

6、蕩）。開(kāi)始時(shí)，內(nèi)部泄放三極管由于其基極輸入為低電平，是截止的，電源通過(guò)R2和R1對(duì)電容器C充電，2,6腳電位開(kāi)始上升，當(dāng)上升到2VCC/3時(shí)，電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管由于其基極輸入為高電平，所以飽和導(dǎo)通，電容器通過(guò)R1放電，2,6腳電位又開(kāi)始下降，直至降到VCC/3,電路狀態(tài)再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部泄放三極管截止，電源再次對(duì)電容器充電。這樣周而復(fù)始，輸出連續(xù)的矩形波信號(hào)，由3腳輸出。一般取C1為103電容。理論推導(dǎo)出，振蕩器的頻率由電阻RI,R2和電容C決定。1.43(2Ri+R2)C脈沖波的占空比由電阻R1和R2決定，結(jié)果為y_Rl+R2-2Ri+R2可見(jiàn)，當(dāng)R2越小時(shí)，占空比接近50%。

7、TJ 麗 I I I I0>CLKQI1Q2-RSTQ3n Q4十Q5十 一Q6QIQ7402412nrT4.2七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024七位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4024各腳功能如圖所示，14腳為電源端，所接電源電壓范圍：+3V-+15V,7腳接地GND。2腳為復(fù)位端（清零端），高電平有效。1腳為脈沖信號(hào)輸入端，下降沿有效（即計(jì)數(shù)器在脈沖下降沿時(shí)刻計(jì)數(shù)）。Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，Q7為最高位,為最低位。當(dāng)輸入脈沖信號(hào)后，計(jì)數(shù)器輸出端的狀態(tài)變化：oooooooiimuo本電路中的組合邏輯電路的輸入信號(hào)為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Q7Q6Q5Q4Q3Q2,設(shè)計(jì)Q2信號(hào)頻率為1,而輸出

8、應(yīng)為六個(gè)表示路口交通燈信號(hào)的發(fā)光二極管（一方為紅綠黃燈DR1,DG1,DY1；另一方為紅綠黃燈DR2,DG2,DY2）的控制信號(hào)，分別用LR1,LG1,LY1和LR2,LG2,LY2表示，但注意到DR1和DG2狀態(tài)相同，DG1和DR2狀態(tài)相同，DY1和DY2狀態(tài)相同，所以實(shí)際上只要三個(gè)輸出信號(hào)即可，分別用LI,L2,L3表示。組合邏輯電路的輸出信號(hào)LI,L2,L3與電路的輸入信號(hào)Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2的關(guān)系用如下真值表表示：Q6,Q5,Q4,Q3,Q2的關(guān)系用如下真值表表示:編號(hào)Q7Q6Q5Q4Q3Q2LIL2L3說(shuō)明0-1500xxxx100紅1綠2兄16-23010xxx100

9、紅1綠2鳧24-31011xxx101紅1綠2黃12亮32-4710xxxx010紅2綠1亮48-55110xxx010紅2綠1亮56-63111XXX011紅2綠1黃12亮從以上可知Li=Q7,需要低電平有效時(shí)，Li=Q7L2=Q7,需要低電平有效時(shí)，L2=Q7L3=Q6Q5=Q6Q5Li=Q7,需要低電平有效時(shí)，Li=Q7L2飛，需蹩電平有效時(shí)，廣Q7L3=Q6Q5=Q6Q5考慮到黃燈需要閃爍，可以讓L3信號(hào)和Q1信號(hào)（頻率為2Hz的脈沖波）加到一個(gè)二輸入的與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，輸出信號(hào)為M,UQiT=當(dāng)L3為0時(shí)，41T=當(dāng)L3為1時(shí)，4Q可見(jiàn)，需要L4低電平有效，這樣，L3為。時(shí)，黃燈不

10、亮，L3為1時(shí)，黃燈閃爍。9中南林業(yè)科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)交通燈控制器由以上討論可知，需要二個(gè)二輸入的與非門(mén)，三個(gè)非門(mén)，為節(jié)約器件，三個(gè)非門(mén)中的二個(gè)非門(mén)用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)非門(mén)用三極管實(shí)現(xiàn)。這樣，需要四個(gè)二輸入的與非門(mén),正好可以用芯片74LS00,一個(gè)三極管構(gòu)成的非門(mén)。74LS00外形為DIP14,74LS00是一塊四-二輸入的數(shù)字集成芯片，內(nèi)有四個(gè)完全4.3可逆十進(jìn)制計(jì)數(shù)器選用 74LS193可預(yù)置二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS193簡(jiǎn)介74LS193外形結(jié)構(gòu)為DIP 16,其中(8)腳接GND, 腳接+5V電源。1 CU一加計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。2 CD減計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)輸入端。注意：用其中一個(gè)輸入端時(shí)，另

11、一個(gè)輸入端接高電1114T" L k (169 W 7 153 2 10p p p p74LS193TCDTCU器嗡7623樣的二輸入的與非門(mén)，14腳接VCC(+5V),7腳接地GND。它們中的四個(gè)二輸入的與非門(mén)如圖所示，其中A,B為與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，Y為輸出端。額定拉電流4mA,額定灌電流8mA。額定輸出高電平電壓3.6Vo平。3Q3,Q2,Q1,QO-計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)輸出端，Q3為最高位，Q0為最低位。4P3,P2,P1,PO-計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)輸入端，當(dāng)計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)該輸入端預(yù)置數(shù)，此時(shí)Q3Q2Q1QO=P3P2P1P0。5MR一復(fù)位信號(hào)輸入端，上升沿有效，即當(dāng)MR從。跳到

12、1時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位，此時(shí)Q3Q2QlQ0=0000o當(dāng)MR=O時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。6PL一預(yù)置數(shù)功能控制端，低電平有效，當(dāng)PLO時(shí)，計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)PLl時(shí)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。7TCU一加計(jì)數(shù)進(jìn)位信號(hào)輸出端。8TCD減計(jì)數(shù)借位信號(hào)輸出端。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)置數(shù)為8,P3=l,接高電平（電源），P2=Pl=P0=0,接低電平（地GND）o黃燈不亮，即L3=0時(shí)，計(jì)數(shù)器需要處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即PL=O,黃燈亮，即L3=l時(shí)，計(jì)數(shù)器需要處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，即PLlo可見(jiàn)，PL=L3.作為減法器使用，CU接高電平，CD接脈沖信號(hào)Q2o因計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)或預(yù)置數(shù)狀態(tài)，不能處于復(fù)位狀態(tài)，因此讓MR=0

13、.從前面討論可知，多諧振蕩器的振蕩頻率為2HZo以此確定多諧振蕩器電路的電阻和電容。4.4數(shù)碼顯示電路16腳接電源+VCC=+5V, 8腳接地GNDo四線-七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS48（內(nèi)帶上拉電阻）輸入端，D為最高位，A為最低位。a,b,c,d,e,f,g（高電平有效,輸出電流小于6mA）為7個(gè)輸出端，分別接七段數(shù)碼管的7個(gè)輸入端a,b,c,d,e,f,g,所接數(shù)碼管必須是共陰數(shù)碼管。TT燈測(cè)試輸入端，低電平有效，即當(dāng)此燈為低電平且B1/RB。為高電平（或開(kāi)路）時(shí)，輸出全為高電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全亮。BI/RBO消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效），只要此端為低后吊，

14、輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。RRT脈沖消隱輸入端，低電平有效。當(dāng)此端為低電平且ABCD也同時(shí)為低電平時(shí),輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。中南林業(yè)科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)交通燈控制器從以上結(jié)果知道，要讓數(shù)碼管正常顯示09,3,4,5腳都要接高電平。要讓數(shù)碼管顯示19而不顯示0,則3接高電平，5接低電平，4懸空（或電源通過(guò)電阻接4）o這實(shí)際上就是消0,例于最高位的數(shù)碼管就希望是這樣。組成數(shù)碼管的七段實(shí)際上就是七個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)這七個(gè)發(fā)光二極管中不同的二極管亮?xí)r，就顯示09中不同的數(shù)字。C( >M/ X a frf d c* DP»M數(shù)碼管的輸出引腳有兩種形式

15、，一種是上下排列，一種是兩邊排列，各引腳名稱如下面兩圖所示。6coma1fbgcedpdcom105結(jié)論經(jīng)過(guò)焊接與調(diào)試之后，結(jié)果符合要求。在紅燈亮的期間的后8秒與紅燈在一起的黃燈閃爍，閃爍頻率為1。在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍，閃爍頻率為1。在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時(shí)倒計(jì)時(shí)顯示，在此期間以外，數(shù)碼管不亮。體會(huì)與收獲通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)已經(jīng)做好了，完成了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)并且達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。雖然花了很多時(shí)間，但是從中學(xué)到了很多東西。做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，自己把剛剛學(xué)完的數(shù)電知識(shí)回顧了一遍，對(duì)個(gè)別元器件的邏輯功能以及用法清楚的了解了一遍。增強(qiáng)了

16、自己對(duì)知識(shí)的理解，很多以前不是很懂的問(wèn)題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中想了很多種方案，對(duì)同一個(gè)問(wèn)題（像計(jì)數(shù)器的接法）都想了很多不同的接法，用不同的芯片進(jìn)行了比較，并且向數(shù)電老師仔細(xì)詢問(wèn)各個(gè)芯片的優(yōu)缺點(diǎn)，最后還是采取了上面的方法進(jìn)行連接。在焊接完成之后第一次調(diào)試試時(shí)，發(fā)現(xiàn)前24秒第一個(gè)紅綠燈不亮，經(jīng)過(guò)思考檢查發(fā)現(xiàn)三極管的焊點(diǎn)連在了一起造成短路，用電烙鐵將其分開(kāi)，重新調(diào)試得到了正確的結(jié)果。這也讓我在以后的學(xué)習(xí)生活中更加認(rèn)真。附錄1整體電路原理圖17瞌Vtri<£=wxUSL|1卜1SLJ/號(hào)C*-1m呂呂古呂g曰言at<D國(guó)C*1oS7.I廬附錄2元件表-0vn.星

17、號(hào)呂昌58；L61STtrZL”旨wwm己自民整¥ws.1£3-三二卜編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格編號(hào)規(guī)格R151KR5360U1555LED紅LED黃R2150KR6360U24024LED綠J1R32KC1103U374LS00LED綠R4360C2104LED紅LED黃附錄3.焊接與調(diào)試仔細(xì)研究印刷電路板，在本印刷電路板上將要裝配的器件有：普通1/4W電阻器，瓷片電容器，發(fā)光二極管，三極管，集成塊555,集成塊4024,集成塊74LS00,輸入和輸出接口等等。仔細(xì)研究印刷電路上的圖形或符號(hào)，確定各位置所裝配的是何種元件。若是發(fā)光二極管，還要弄清板上的對(duì)應(yīng)“+”極和”極，若是三極管，弄清板上對(duì)應(yīng)的“e”“b”“c”，對(duì)于集成塊，要弄清楚各腳在印刷板上的相應(yīng)位置。仔細(xì)研究元器件，各電阻器及其阻值，精度，功率，電阻阻值可從電阻上所標(biāo)的色碼直接讀出，或者用萬(wàn)能表的歐姆檔直接測(cè)量確