交通燈實驗報告

1、、用中規(guī)模器件設計交通燈控制器一、任務要求1）通過數字電路的設計，在面包板上模擬交通紅綠燈。要求分主干道和支 干道，每條道上安裝紅（主R,支r）綠（主G，支g）黃（主Y，支y）三種顏色 的燈，由四種狀態(tài)自動循環(huán)構成（G、r3Y、r3R、g3R、y）;2）在交通燈處在不同的狀態(tài)時，設計一計時器以倒計時方式顯示計時，并 要求不同狀態(tài)歷時分別為：G、r:30秒；R、g:20秒；Y、r,R、y:5秒。二、總體方案三、單元電路設計1）主控電路在設計要求中要實現(xiàn)四種狀態(tài)的自動轉換，首先要把這四種狀態(tài)以數字的 形態(tài)表示出來。因2*2=4,所以可以兩位二進制數表示所需狀態(tài)G、r, 0Y、 r, 1R、g, 1

2、R、y），循環(huán)狀態(tài)：（0010110100）數字電路課程中介紹的計數器就是通過有限幾個不同狀態(tài)之間的循環(huán)實現(xiàn)不同模 值計數，由此可以嘗試設計一模值4的計數器，其輸出（代表不同狀態(tài)）既可以循環(huán) 轉換，而且能夠控制其他部分電路。在課程設計中本人傾4（雙上升沿D觸發(fā) 器）設計檄計數器作為主控部分電路。主控電路圖如下2D1 CLK 2PRN2CLRN2CLH74741FRNID1CLRND FLIP-FLOPSIQ2QN-1QN2Q秒脈沖產生電路通過555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產生周期不的方波脈沖， 即不同的頻率脈沖。課程設計需要秒脈沖，利用個電容，2個電阻。脈沖產生電路圖如下：47

3、R1VCCQUT150k | R2THRTRLCON6 ZZZlOnF CfGND:4.7uF- n .555JimerVIRTUAL紅綠燈(發(fā)光二極管)顯示電路路控制，即主控電路的輸/和Q)決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。.、_.12-.紅綠燈顯示也是表示電路所處狀其，必然與主控電路的狀態(tài)一一對受，到主控電Q 2Q 1主紅(R)主黃(Y)主綠(G)支紅(r)支黃(y)支綠(g)00010100011000101010000111001100如亮用1表示，滅用)表示，則真值表如下：所以，R =r+y Y=/Q/Q; G=QQ ; r=Y+G; y=/Q; g=Q/Q 這里應該注意2 1

4、2 12 12 1我們可以用門電路實珈與門與非門非門等但是這些電路不穩(wěn)定容易出現(xiàn)錯誤 如果能夠用中規(guī)模器件的，誡們盡量用中規(guī)模器件來實3因為中規(guī)模器件不僅較小規(guī) 模器件穩(wěn)定而且接線也教小規(guī)模器件簡單上面紅綠燈的狀態(tài)完全由和?？刂莆覀兛梢杂瞄T電路實現(xiàn)。紅綠燈顯示電路接線如:下1PRN1D1CLRN1Q1CLK1QN2PRNX2D2QN2CLRN2CLKNAN D27474D FLIP-FLOPSXOR4）計時部分電路a）計時器狀態(tài)產生模塊：設計要求對不同的狀態(tài)維持的時間不而且要以十進制倒計時顯示出來于實驗 室器材本人采用兩74LS161完成計時器狀態(tài)產生模塊設計。設計思路：要以十進制輸出，而又有

5、一些狀態(tài)維持時間超秒，則必須用兩個4LS161分別 產生個位和十位的數字信號然，計數器能夠完成計時功育我們可以用4LS161設計， 并把它的時車電p接秒脈沖。74LS161 計數器是采用加法計數要想倒計時，則在74LS161 輸出的信號必須經過非門處理后才能接入數碼管的74LS48而在顯示是最好以人們 習慣的數字）一-9顯示計時，故在設計不同模值計數器確定有效狀態(tài)時，本人0以 0001，0010111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。例如：有效狀態(tài)01 1100110111101111取反010（0011001（00010000即 4321-實現(xiàn)模5 的倒計時。在將74LS161改裝成其他模值時

6、既可以采用同步清零法，也可采用異步置數法，但 0000不可能為有效狀態(tài)，所以采用異步置數法完成不同模值轉化的實現(xiàn)。首先對控制個位輸出LS161設計：按要求對系統(tǒng)的狀態(tài)不同即紅綠燈的狀態(tài)不同個位的進制也就要求不同本人利 用系統(tǒng)的狀態(tài)最、Q控制74LS161的置數端）DDD。當系統(tǒng)處漆、r或R、g狀態(tài)時， 個位的進制是十（模0），即逢十進一，當系3統(tǒng)處在匚或R、y狀態(tài)時，個位的進制是 五（模5），即逢五進一，模D時，有效狀態(tài)為110111，1置DDDD為0110模53 2 10時有效狀態(tài)為011, 1100 1101, 1110 1111,置DDDD為1011,由此有，3 2 10QQDDDD20

7、0312011011011100110110110所以 D=/Q;D=Q;D=1 ; D=D3 22 210_3.當狀態(tài)為1111時，74LS161的狀態(tài)必須跳到進入下一個循環(huán)此時進位輸出為，我們可以把它的如】取反接入置數轍D。再對控制十位輸出的4LS161設計。同設計控制個位輸出的4LS161基本類似，本人 用系統(tǒng)狀態(tài)章、Q控制十位74LS161的置數端)DDD。當系統(tǒng)處于kr狀態(tài)時置)DDD2、13.2103 2 10為1101，當系統(tǒng)處TY、r或R、y時置DDDD為1111，當系統(tǒng)處于R、g時置DDDD,3 2 1 03 2 1 0為1110有，Q。Q.DDDD2010312111010

8、11111101110111101故D=D=1;D=/(QQ) ;D=/(/QQ)應為(D=/(Q/Q)一 3 _2一 1一，、2 102 102 1同理我們將：O取反接入置數端LD對一些級聯(lián)的處理當計數超過10秒時，個位需向十位進位，此時十位計數，其它時間其保持不變，本 人通過控制十位的Tt2,ETp2端實現(xiàn)這一功能，把個位的】接入ETt2,ETp2接1，當個 位需進位，即完成一次循環(huán)為1，則ETt2=ETp2=1十位開始計數，其他時刻，二0, 則 ETt2=0,ETp2二，1 十位保持。1設計時把：O,CO的與非接入主控電路的雙上升沿蟲發(fā)器的cp，當完成一次計時， 12.個位和十位同時完成

9、循環(huán)，此時=CO=0,(其它時刻為)cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計 時，即系統(tǒng)跳到下一個狀態(tài)，紅綠燈轉換，計時器開始下一次計時。b)字顯示模塊：我們用數碼管將計時器產生的信號以數字形式顯示出來，其中包括接數碼管的驅動 7448。將十位數碼管驅動的T、BI、RBI接1。記時部分電路如下1 FRN747四 總體電路圖744B1 PRNID1CLRM1 口1CLK1QMZFFN3QZD3QH3CLFLMZCLKB F LIP-F LOPBBCD TO 7BBGBCD TO 7SBG五、關鍵電路波形圖cp G_nLarLrLarLrLajTTLrLnj主綠燈主黃燈主虹燈支紅燈吏綠燈支黃燈 六、調試過程中的

10、問題當我設計好電路圖，并確定其正確性以后，在面包板上連接好電路，并進行調試。盡 管之前已確定電路圖的正確性，但是在調試時，仍然出現(xiàn)了很多問題。例如：線路的兩個 接頭接錯位置；芯片布局不合理，導致接線時容易使線路交叉；芯片未接電源或地線；接 線時線頭未插入面包板里，使線路無效；甚至在某些復雜的線路處，漏接線路，或者接在 其它接口處（這極易使線路短路）等。這一系列的問題，經過仔細的檢查后，能夠找到并 予以改正，但還有一種問題是很難找到的。當我確定所設計的電路圖的正確性，確定接線正確以后在進行調試時仍然出現(xiàn)了問題，如：二極管發(fā)光的順序不正確；計數器置數時出錯。這種問題我在遇見幾次以后 仍然沒找到原因

11、所在有時在接線并調試正確且實現(xiàn)其功能后當過一段時間再次調試 時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中居然又出現(xiàn)了問題，主要是因為電路板不穩(wěn)。七，分析總結：通過這兩周的課程設計，我感悟最深的是數字電路設計需要的是深厚的知識功底和 嚴謹認真的科學態(tài)度好的電路設計不僅要求正確，且是最簡單的這里說的最簡單不 是說要每個器件都要最簡單的口果那樣我們也不必去選擇器侃需用門電路就可以設 計了，我們要的是對整體電路來講是最簡盡量在功能齊全的前提下減少所用器件的數 量。另外對于電路本身存在一個安全穩(wěn)定性I、神在面包板上接線時，盡量用一根導 線將輸出和輸入接通因為導線中間每斷一次都是電路的一個安全隱當覺得電路設計 方案沒有問題時就可以在面包板上接線了外，我們還最好是接好一個模塊后通電檢測， 有問題就檢查修改電燦到這一模塊正常再對下一個模塊接布線完成后，接下來就 該調試電路，這是一個很重要