1、-. z.2011級課程設(shè)計實驗報告交通燈控制器院系： 計算機與信息工程學(xué)院 專業(yè)年級: 2011級通信工程一班 姓 名: 謝仙 學(xué) 號:20114505 指導(dǎo)教師:楊菊秋 2013年06月25日目 錄1 引言32 任務(wù)與要求33 課程設(shè)計摘要及整體方框圖34 課程設(shè)計原理44.1 555定時器 54.2七位二進(jìn)制計數(shù)器4024 64.3二進(jìn)制可逆計數(shù)器74LS19384.4數(shù)碼顯示電路 9結(jié)論 10體會與收獲10附錄：1、整體電路原理圖 11 2、元件表12 3、焊接與調(diào)試121 引言交通信號燈常用于穿插路口，用來控制車輛的流量，提高穿插路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設(shè)計主要由秒

2、脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路組成。秒脈沖發(fā)生器由NE555產(chǎn)生脈沖，計數(shù)器由74LS193和4024實現(xiàn)，譯碼電路采用74LS48和七段數(shù)碼管來顯示。2 設(shè)計任務(wù)與要求交通燈控制信號的應(yīng)用非常廣泛。本電路設(shè)計一個交通燈控制器，需要到達(dá)的目的如下;一個周期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：紅燈同時亮。為了顯示效果明顯，設(shè)計閃爍頻率為1。在綠燈亮的期間的后8秒與綠燈在一起的黃燈閃爍注意：綠燈同時亮，為了顯示效果明顯，設(shè)計閃爍頻率為1。在黃燈閃爍期間，數(shù)碼管同時倒計時顯示，在此期間以外，數(shù)碼管不亮。3 課程設(shè)計摘要及整體方框圖為了

3、完成交通燈控制電路的設(shè)計，方案考慮如下： 一個脈沖信號發(fā)生器，一個二進(jìn)制加法計數(shù)器，一個十進(jìn)制減法計數(shù)器，紅燈與綠燈以及黃燈是否亮是由二進(jìn)制加法計數(shù)器的輸出端狀態(tài)來決定的，因此，設(shè)計一個組合邏輯電路，它的輸入信號就是二進(jìn)制加法計數(shù)器的輸出信號，它的輸出就是發(fā)光二極管的控制信號，因此，需要一個組合邏輯電路，六個發(fā)光二極管二個紅色發(fā)光二極管，二個綠色發(fā)光二極管，二個黃色發(fā)光二極管電路，一個數(shù)碼管顯示電路。構(gòu)造圖如下：555脈沖振蕩器4024計數(shù)器組合邏輯電路發(fā)光二極管電路193計數(shù)器74LS48驅(qū)動器數(shù)碼管4 課程設(shè)計原理分析及相關(guān)知識概述脈沖信號發(fā)生器由定時器555構(gòu)成。二進(jìn)制加法計數(shù)器由七位二

4、進(jìn)制加法計數(shù)器構(gòu)成。十進(jìn)制減法計數(shù)器由74LS193可逆可預(yù)置十進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成。組合邏輯電路根據(jù)其輸入輸出的邏輯關(guān)系后再確定電路芯片。驅(qū)動器選用74LS48。從以上討論可知，需要對所采用的芯片有比擬詳細(xì)的了解。下面對以上幾種芯片的根本知識和根本特性進(jìn)展介紹。4.1 555定時器 555定時器是一塊常用的集成電路，電路符號如左圖所示，8為電源端VCC，1為公共端GND。所加電源電壓*圍：4.5VVCC18V，最大輸出電流達(dá)200mA。內(nèi)部電路原理圖如右圖所示，內(nèi)部有三個一樣的分壓電阻，每個電阻上的電壓都為1/3VCC。兩個比擬器C1和C2，C1的比擬電壓為2/3 VCC，C2的比擬電壓為1/3

5、VCC，當(dāng)比擬器+端電壓大于比擬器-端電壓時，比擬器輸出高電平其狀態(tài)用1表示，當(dāng)比擬器+端電壓低于比擬器-端電壓時，比擬器輸出低電平其狀態(tài)用0表示。G1，G2兩個與非門構(gòu)成根本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定時器設(shè)計電路時，主要是考慮如何讓2和6的電位發(fā)生變化外接信號或利用電容器的充放電過程實現(xiàn)而讓定時器的輸出狀態(tài)發(fā)生變化，而設(shè)計成各種具有不同功能的電路。實際555器件如小圖所示，有小圓點對應(yīng)的腳為1腳，依逆時針方向依次為2，3，4，5，6，7，8號腳。555應(yīng)用：多諧振蕩器產(chǎn)生連續(xù)矩形波信號，電路原理如下圖

6、4腳為高電平時，電路振蕩，4腳為低電平時，電路不振蕩。開場時，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R2和R1對電容器C充電，2，6腳電位開場上升，當(dāng)上升到2VCC/3時，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R1放電，2，6腳電位又開場下降，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，電源再次對電容器充電。這樣周而復(fù)始，輸出連續(xù)的矩形波信號，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R1，R2和電容C決定。脈沖波的占空比由電阻R1和R2決定，結(jié)果為可見，當(dāng)R2越小時，占空比接近50。4.2

7、七位二進(jìn)制計數(shù)器4024七位二進(jìn)制計數(shù)器4024各腳功能如下圖，14腳為電源端，所接電源電壓*圍：+3V-+15V，7腳接地GND。2腳為復(fù)位端清零端，高電平有效。1腳為脈沖信號輸入端，下降沿有效即計數(shù)器在脈沖下降沿時刻計數(shù)。Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七個數(shù)據(jù)輸出端，Q7為最高位，Q1為最低位。當(dāng)輸入脈沖信號后，計數(shù)器輸出端的狀態(tài)變化：00000001111111。本電路中的組合邏輯電路的輸入信號為二進(jìn)制計數(shù)器的輸出信號Q7Q6Q5Q4Q3Q2，設(shè)計Q2信號頻率為1，而輸出應(yīng)為六個表示路口交通燈信號的發(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

8、制信號，分別用LR1，LG1，LY1和LR2，LG2，LY2表示，但注意到DR1和DG2狀態(tài)一樣，DG1和DR2狀態(tài)一樣，DY1和DY2狀態(tài)一樣，所以實際上只要三個輸出信號即可，分別用L1，L2，L3表示。 組合邏輯電路的輸出信號L1，L2，L3與電路的輸入信號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Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 L1 L2 L3說明0-15 0 0 * * * *1 0 0紅1綠2亮16-23 0 1 0 * * *1 0 0紅1綠2亮24-31 0 1 1 * * *1 0 1紅1綠2黃12亮3

9、2-47 1 0 * * * *0 1 0紅2綠1亮48-55 1 1 0 * * *0 1 0紅2綠1亮56-63 1 1 1 * * *0 1 1紅2綠1黃12亮從以上可知，需要低電平有效時，需要低電平有效時，需要低電平有效時，需要低電平有效時，考慮到黃燈需要閃爍，可以讓L3信號和Q1信號頻率為2HZ的脈沖波加到一個二輸入的與非門的兩個輸入端，輸出信號為L4， 當(dāng)L3為0時， 當(dāng)L3為1時， 可見，需要L4低電平有效，這樣，L3為0時，黃燈不亮，L3為1時，黃燈閃爍。由以上討論可知，需要二個二輸入的與非門，三個非門，為節(jié)約器件，三個非門中的二個非門用與非門實現(xiàn)，另一個非門用三極管實現(xiàn)。這樣

10、，需要四個二輸入的與非門，正好可以用芯片74LS00，一個三極管構(gòu)成的非門。 74LS00外形為DIP14，74LS00是一塊四-二輸入的數(shù)字集成芯片，內(nèi)有四個完全 一樣的二輸入的與非門，14腳接VCC+5V，7腳接地GND。它們中的四個二輸入的與非門如下圖，其中A，B為與非門的兩個輸入端，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3.6V。4.3 可逆十進(jìn)制計數(shù)器選用74LS193可預(yù)置二進(jìn)制可逆計數(shù)器74LS193簡介 74LS193外形構(gòu)造為DIP16，其中8腳接GND，16腳接+5V電源。1 CU加計數(shù)脈沖信號輸入端。2 CD減計數(shù)脈沖信號輸入端。注意：用其中

11、一個輸入端時，另一個輸入端接高電平。3 Q3,Q2,Q1,Q0-計數(shù)器數(shù)據(jù)輸出端，Q3為最高位，Q0為最低位。4 P3,P2,P1,P0 -計數(shù)器預(yù)置數(shù)輸入端，當(dāng)計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)時，通過該輸入端預(yù)置數(shù)，此時Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0。 5 MR復(fù)位信號輸入端，上升沿有效，即當(dāng)MR從0跳到1時，計數(shù)器復(fù)位，此時Q3Q2Q1Q0=0000。當(dāng)MR=0時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。 6 PL預(yù)置數(shù)功能控制端，低電平有效，當(dāng)PL=0時，計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)PL=1時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。 7 TCU加計數(shù)進(jìn)位信號輸出端。8 TCD減計數(shù)借位信號輸出端。根據(jù)設(shè)計要求，預(yù)置數(shù)為8，P3=1，接高

12、電平電源，P2=P1=P0=0，接低電平地GND。黃燈不亮，即L3=0時，計數(shù)器需要處于預(yù)置數(shù)狀態(tài)，即PL=0，黃燈亮，即L3=1時，計數(shù)器需要處于計數(shù)狀態(tài)，即PL=1。可見，PL=L3. 作為減法器使用，CU接高電平，CD接脈沖信號Q2。因計數(shù)器處于計數(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.從前面討論可知，多諧振蕩器的振蕩頻率為2HZ。以此確定多諧振蕩器電路的電阻和電容。4.4 數(shù)碼顯示電路四線-七段譯碼器/驅(qū)動器74LS48(內(nèi)帶上拉電阻)16腳接電源+VCC=+5V，8腳接地GND。DCBA為8421BCD碼數(shù)據(jù)輸入端，D為最高位，A為最低位。a,b,c,d,e,f,g(高

13、電平有效，輸出電流小于6mA)為7個輸出端，分別接七段數(shù)碼管的7個輸入端a,b,c,d,e,f,g,所接數(shù)碼管必須是共陰數(shù)碼管。 燈測試輸入端，低電平有效，即當(dāng)此燈為低電平且為高電平或開路時，輸出全為高電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全亮。 消隱輸入低電平有效/脈沖消隱輸出低電平有效，只要此端為低電平，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。 脈沖消隱輸入端,低電平有效。當(dāng)此端為低電平且ABCD也同時為低電平時，輸出全為低電平，數(shù)碼管內(nèi)所有發(fā)光二極管全不亮。 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

14、通過電阻接4。這實際上就是消0，例于最高位的數(shù)碼管就希望 是這樣。組成數(shù)碼管的七段實際上就是七個發(fā)光二極管，當(dāng)這七個發(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。數(shù)碼管的輸出引腳有兩種形式，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。 af bg ce dpd 6 110 5結(jié)論 經(jīng)過焊接與調(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)碼管同時倒計時顯示，在此期間以外，數(shù)碼管不亮。體會與收獲通過這次課程設(shè)計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力?，F(xiàn)在設(shè)計已經(jīng)

15、做好了，完成了課程設(shè)計的任務(wù)并且到達(dá)了設(shè)計的要求。雖然花了很多時間，但是從中學(xué)到了很多東西。做課程設(shè)計的時候，自己把剛剛學(xué)完的數(shù)電知識回憶了一遍，對個別元器件的邏輯功能以及用法清楚的了解了一遍。增強了自己對知識的理解，很多以前不是很懂的問題現(xiàn)在都已經(jīng)一一解決了。在課程設(shè)計的過程中想了很多種方案，對同一個問題像計數(shù)器的接法都想了很多不同的接法，用不同的芯片進(jìn)展了比擬，并且向數(shù)電教師仔細(xì)詢問各個芯片的優(yōu)缺點，最后還是采取了上面的方法進(jìn)展連接。在焊接完成之后第一次調(diào)試試時，發(fā)現(xiàn)前24秒第一個紅綠燈不亮，經(jīng)過思考檢查發(fā)現(xiàn)三極管的焊點連在了一起造成短路，用電烙鐵將其分開，重新調(diào)試得到了正確的結(jié)果。這也讓

16、我在以后的學(xué)習(xí)生活中更加認(rèn)真。附錄1 整體電路原理圖附錄2 元件表編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(guī)格編號規(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，確定各位置所裝配的是何種元件。假設(shè)是發(fā)光二極管，還要弄清板上的對應(yīng)+極和-極，假設(shè)是三極管，弄清板上對應(yīng)的ebc，對于集成塊，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，或者用萬能表的歐