交通燈控制電路設(shè)計(jì)與制作

1、武漢理工大學(xué)電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄摘要I1 方案設(shè)計(jì)與選擇11.1方案一原理設(shè)計(jì)11.2方案二原理設(shè)計(jì)22 單元電路設(shè)計(jì)42.1 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器42.2 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器52.3 移位寄存器72.3 信號(hào)燈控制132.3.1 紅燈信號(hào)控制132.3.2 綠燈信號(hào)控制132.3.3 黃燈信號(hào)控制133 元器件清單144 制作及調(diào)試154.1 制作154.2 調(diào)試154.3 調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決16結(jié)束語(yǔ)17參考文獻(xiàn)18- 19 -交通燈控制電路設(shè)計(jì)與制作1 方案設(shè)計(jì)與選擇 要求設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通燈控制電路，要求甲車(chē)道和乙車(chē)道兩條交叉道路上的車(chē)輛交替運(yùn)行，每次通行時(shí)間都設(shè)為25秒

2、，黃燈先亮5秒，才能變換運(yùn)行車(chē)道，黃燈亮?xí)r，要求每秒鐘閃亮一次。根據(jù)要求要用到1Hz時(shí)鐘脈沖源，可用555定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，還要用到計(jì)數(shù)器，邏輯門(mén)等器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.1方案一原理設(shè)計(jì)交通燈控制原理圖1如下圖1-1所示：555定時(shí) 器計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制移位寄存器甲車(chē)道信號(hào)燈乙車(chē)道信號(hào)燈 圖1-1 交通燈控制原理圖1首先用NE555定時(shí)器產(chǎn)生1Hz脈沖作為時(shí)鐘脈沖信號(hào)源，用74LS161構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每五秒自動(dòng)清零，同時(shí)給74LS164移位寄存器一個(gè)脈沖信號(hào)，使寄存器移位，然后通過(guò)74LS164移位寄存器分別實(shí)現(xiàn)5秒，20秒，25秒的循環(huán)控制，分別使對(duì)應(yīng)的黃燈，綠燈，紅燈亮。最后用黃燈信號(hào)和秒沖信號(hào)源

3、進(jìn)行與邏輯運(yùn)算，使得黃燈能夠每秒閃爍一次。交通燈控制電路圖1如下圖1-2所示： 圖1-2 交通燈控制電路圖11.2方案二原理設(shè)計(jì)交通燈控制原理圖2如下圖1-3所示：秒脈沖發(fā)生 器控制器譯碼器信號(hào)燈0.2Hz1Hz 圖1-3 交通燈控制原理圖2 用兩片NE555定時(shí)器分別產(chǎn)生0.2Hz和1Hz的脈沖信號(hào)，0.2Hz的信號(hào)給74LS161計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)5秒觸發(fā)一次，74LS161構(gòu)成十進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)，然后接7442四線-十線譯碼器對(duì)計(jì)數(shù)器的信號(hào)進(jìn)行譯碼，信號(hào)通過(guò)非門(mén)，與非門(mén)的組合后接到適當(dāng)?shù)慕煌羯稀?Hz的脈沖信號(hào)與黃燈信號(hào)邏輯與，實(shí)現(xiàn)每秒閃爍一次。交通燈控制電路圖2如下圖1-4所示： 圖1-4 交

4、通燈控制電路圖2 現(xiàn)在選擇第一種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)交通燈控制電路。2 單元電路設(shè)計(jì)2.1 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路主要由NE555定時(shí)器組成震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生一定的“0” 、“1 ”信號(hào)，電路圖如下圖2-1所示： 圖2-1 秒脈沖發(fā)生電路 (2-1)(2-2)所以時(shí)間周期就是：T=C=1s 圖2-2 NE555管腳圖2.2 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器要實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制計(jì)數(shù)，用74LS161四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器能同步并行預(yù)置數(shù)據(jù)，具有清零置數(shù)，計(jì)數(shù)和保持功能，具有進(jìn)位輸出端，可以串接計(jì)數(shù)器使用。它的管腳排列如圖2-3所示： 圖2-3 74LS161管

5、腳圖管腳圖介紹：時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3以及進(jìn)位輸出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET) 下圖為74LS161的功能表： 表2-1 74LS161功能表從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=

6、ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。所以可以利用一片74LS161實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制加計(jì)數(shù)，將CR=LD=EP=ET=“1”，D3,D2,D1,D0接地，二進(jìn)制的五為（0101），故將Q2,Q0連到同一與非門(mén)后接CR清零端，每五個(gè)脈沖清一次零，實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。電路連接圖如下圖所示： 圖2-4 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖2.3 移位寄存器74LS164為8位移位寄存器，當(dāng)清除端

7、（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QAQH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當(dāng)A、B 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK 上升沿作用下決定Q0 的狀態(tài)。引出端符號(hào) CLOCK 時(shí)鐘輸入端 CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效） A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端 QAQH 輸出端 邏輯及封裝圖圖2-5 74LS164封裝圖 圖2-6 74LS164邏輯圖74LS164管腳圖 圖2-7 74LS164管腳圖真值表 表2-2 74LS164真值表H高電平 L低電平 X任意電

8、平低到高電平跳變 QA0,QB0,QH0 規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平QAn,QGn 時(shí)鐘最近的前的電平極限值電源電壓： 7V 輸入電壓： 5.5V 工作環(huán)境溫度74164： -070 儲(chǔ)存溫度： -65150時(shí)序圖 圖2-8 74LS164時(shí)序圖 表2-3 推薦工作條件推薦工作條件: 54/74164 單位 最小 額定 最大 電源電壓VCC 54 4.5 5 5.5 V 74 4.75 5 5.25 輸入高電平電壓ViH 2 V 輸入低電平電壓ViL 0.8 V 輸出高電平電流IOH -400 uA 輸出低電平電流IOL 8 mA 時(shí)鐘頻率fCP 0 25 MHz 脈沖寬度TW CLOCK，C

9、LEAR 20 ns 建立時(shí)間 tset 25 ns 保持時(shí)間tH 5 ns 采用74LS164八位移位寄存器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)黃燈5秒的控制，綠燈20秒的控制和紅燈25秒的控制。用74LS161的清零信號(hào)作為74LS164的觸發(fā)信號(hào)，用10腳即Qe來(lái)控制串行輸入的信號(hào)，其局部電路圖如下： 圖2-9 74LS164連接電路圖2.3 信號(hào)燈控制2.3.1 紅燈信號(hào)控制南北向的紅燈直接與Qe相連，則東西向的紅燈正好相反，先將Qe取非，然后接?xùn)|西向紅燈。2.3.2 綠燈信號(hào)控制東西向的綠燈信號(hào)通過(guò)Qe，Qd相與獲得，南北向的綠燈信號(hào)則要Qe，Qd先分別取非，然后再相與獲得。2.3.3 黃燈信號(hào)控制黃燈信號(hào)的

10、獲得比綠燈，紅燈稍復(fù)雜，東西向的黃燈信號(hào)通過(guò)Qd取非與Qe相與獲得，要使其每秒閃爍一次，用其與1Hz時(shí)鐘脈沖相與即可。南北向的黃燈信號(hào)則通過(guò)Qe取非與Qd相與，再和1Hz時(shí)鐘脈沖相與即可。 圖2-10 交通燈信號(hào)控制電路3 元器件清單所要用到的器件：NE555定時(shí)器，74LS164，74LS161，二輸入與非門(mén)，非門(mén)，三輸入與門(mén)；紅黃綠發(fā)光二極管各兩個(gè)，電阻R1，R2，電容C1，C2，導(dǎo)線若干。元器件清單如下表： 表3-1 交通燈控制設(shè)計(jì)元器件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注1NE5551脈沖發(fā)生器274LS1641移位寄存器374LS081二輸入與門(mén)474LS041六非門(mén)574LS111三輸

11、入與門(mén)674LS1611計(jì)數(shù)器7LED6紅黃綠各兩個(gè)8C110uF19C20.01uF110R143k111R250k14 制作及調(diào)試4.1 制作 圖4-1 總體電路圖按照總的電路圖，規(guī)劃電路總布局，以使電路連接簡(jiǎn)單、明了。首先一個(gè)模塊一個(gè)模塊連接，連接好一個(gè)模塊，就檢測(cè)一個(gè)，包括芯片，電路板，及導(dǎo)線是否接正確且接穩(wěn)等，以防整體檢測(cè)時(shí)不必要的麻煩。4.2 調(diào)試整體連接完畢，進(jìn)行調(diào)試，看是否和仿真結(jié)果相同。如有出入，仔細(xì)檢測(cè)電路，查出問(wèn)題所在。這樣不斷調(diào)試，直到達(dá)到預(yù)期結(jié)果。首先對(duì)時(shí)鐘信號(hào)脈沖源進(jìn)行調(diào)試，看是否產(chǎn)生1Hz時(shí)鐘信號(hào)，把萬(wàn)用表調(diào)到20V電壓檔，萬(wàn)用表負(fù)極接地，正極接555定時(shí)器“3”

12、針腳，芯片通電后，看電壓變化是否變化明顯，高電平大于3V，低電平小于0.4V。如果不能產(chǎn)生脈沖，檢測(cè)555定時(shí)器的引腳是否接對(duì)，電阻和電容是否接正確，如果不是這些問(wèn)題，就通過(guò)換芯片，看是否是芯片的問(wèn)題，如果芯片也沒(méi)問(wèn)題，就檢測(cè)是不是電路板有問(wèn)題。 再對(duì)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)試，看是否為五進(jìn)制計(jì)數(shù)，測(cè)試結(jié)果確為五進(jìn)制計(jì)數(shù)，然后測(cè)試移位寄存器的工作是否正常，最后檢驗(yàn)信號(hào)燈是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，若是沒(méi)有按預(yù)期的工作，檢查邏輯門(mén)是否正常工作，導(dǎo)線是否連接到位。進(jìn)過(guò)不斷調(diào)試后，交通燈控制電路達(dá)到了預(yù)期的全部功能。4.3 調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決調(diào)試過(guò)程中難免發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題：（1）74LS161無(wú)法正常工作 74

13、LS161加電源后無(wú)法正常工作，經(jīng)過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)時(shí)電壓源的問(wèn)題，74LS161的電壓不宜超過(guò)3.5V，不然無(wú)法正常計(jì)數(shù)。（2）綠燈不亮 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是因?yàn)?4LS08二輸入與非門(mén)沒(méi)有接地導(dǎo)致。 調(diào)試過(guò)程中雖然發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，不過(guò)經(jīng)過(guò)檢查一一解決。結(jié)束語(yǔ)心得與體會(huì)：1、通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通過(guò)這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和芯片上的選擇，并實(shí)現(xiàn)的電路的仿真。這個(gè)方案總共使用了74LS161，74LS164，74LS04，74LS08，74LS11，NE555定時(shí)器各一個(gè)。2、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行

14、得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。3、我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。4、平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之后的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們

15、的作用是非常大的。5、在實(shí)現(xiàn)部分電路功能時(shí)，要做到模塊化操作，做好一個(gè)模塊再進(jìn)行下一個(gè)模塊的連接，這樣能提高很高的效率，減少很多麻煩。在檢測(cè)電路的時(shí)候，要針對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，估計(jì)是什么地方的錯(cuò)誤，不能沒(méi)有目的的盲目檢測(cè)，還要選擇合適的檢測(cè)儀器。檢測(cè)中還要學(xué)會(huì)正確使用萬(wàn)用表中的一些功能6、在實(shí)際的連接中，還要注意一些連接順序，要先連接振蕩電路，測(cè)試無(wú)誤后方可連接其他。所有的二極管都要接限流電阻。7、所有器件的多余輸入不能懸空，做合適的處理。有些不高不低的電平信號(hào)，會(huì)造成邏輯上的錯(cuò)誤，導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)出電路的問(wèn)題所在。8、實(shí)際操作中有很多的問(wèn)題值得我們注意，在解決的同時(shí)又會(huì)掌握不少實(shí)際應(yīng)用的能力。設(shè)計(jì)中

16、還要有一些科學(xué)的習(xí)慣，力求設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)，和分析處理問(wèn)題的準(zhǔn)確性。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問(wèn)題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺。參考文獻(xiàn)【1】電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版） 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組 編 高等教育出版社【2】電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第五版） 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組 編 高等教育出版