1、1湖南工程学院课 程 设 计课程名称 数字电子技术 课题名称 简易交通信号灯控制器 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2013 年 12 月 10 日2电气与信息工程系课程设计评分表评 价项 目优 良 中 及格 差设计方案的合理性与创造性软件设计完成情况硬件调试完成情况设计说明书与设计图纸质量答辩情况独立工作能力完成任务情况出勤情况综 合 评 分指导教师签名：_日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；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） 。 3报告书要求：字体 常
2、规小四号行距 1.5 倍字距 1 磅页面 上、下 2.54CM 左右 1.9CM纸张 16 开4目 录1、 设计总体思路，基本原理和框图2、 单元电路设计（各单元电路图）3、 总电路设计（总电路图）4、 安装、调试步骤5、 故障分析与电路改进6、 总结与设计调试体会附录参考文献51、 设计总体思路，基本原理和框图一、设计总体思路交通信号灯南北向：45s 绿5s 黄25s 红5s 红东西向：45s 红5s 红25s 绿5s 黄扩展：夜间（22:006:00）黄灯闪烁方案一：南北向与东西向的控制电路分开。分别都有三步，南北向 45s绿灯5s 黄灯30s 红灯，东西向 50s 红灯25s 绿灯5s
3、黄灯。方案二：南北向与东西向的控制电路不分开，因为总时间相同，分成四步后每步的时间也相同，可以用一个计时电路控制。由于第一步的时间是电路随机产生的，这导致两条路之间的时间不同步会出现同时红灯或同时绿灯的情况。所以我们选择第二方案。二、基本原理系统由秒脉冲信号发生器、定时器、控制器、译码显示器、信号灯显示器五大部分组成。其中秒脉冲信号发生器用于给各个组成部分提供脉冲信号，通过定时器向控制器发出四种时间到信号，使相应的发光二极管发光。译码显示器在控制器的控制下，改变交通灯信号，分别产生四种倒计时时间显示，控制器根据定时器的信号，进行状态间的转换，使显示器的显示发生相应转变，同时产生使计时器重新置数
4、的信号开始下一轮计数。位于主干道和支干道的十字路口交通灯系统，每条道路设一组信号灯，每组信号灯由红、黄、绿 3 个灯组成，红灯表示禁止通行，黄灯为过渡灯，绿灯表示允许车辆通行。三、框图6秒脉冲信号计时器控制器译码器南北向交通灯东西向交通灯S0、S1、S2、S3 状态分别分配状态编码为 001、010 、011、100 由此得到控制器的状态，如表 1 所示状态转换表状态 主干道 支干道 时间（s）S0 绿灯亮，允许通行 红灯亮，禁止通行 45S1 黄灯亮，停车 红灯亮，禁止通行 5S2 红灯亮，禁止通行 绿灯亮，允许通行 25S3 红灯亮，禁止通行 黄灯亮， ，停车 572、 单元电路设计（各单
5、元电路图）一、计时控制电路160 芯片发出四个信号，通过 138 译码输出四个不同的信号控制交通灯。U1674LS160DQA 14QB 13QC 12QD 11RCO 15A3 B4C5 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2VCC5VVCC5VU4DCD_HEXU674LS138DY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5J2AKey = A 4202644VCCVCC27U5NOT112948二、交通灯显示电路采用两片 192 芯片级联构成两位的减数计时器，当 160 芯片发出00 信号时倒计时 45s
6、，当 160 芯片发出 01 信号时倒计时 5s，当 160 芯片发出10 信号时倒计时 25s，当 160 芯片发出 11 信号时倒计时 5s。8VCC5VU7NOTU974LS192DA15 B1C10 D9UP5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4LOAD11 BO 13CO 12CLR14U1074LS192DA15 B1C10 D9UP5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4LOAD11 BO 13CO 12CLR14U11DCD_HEXU12DCD_HEXU13OR2U20NOT474341 40 39VCC 3837363534 3332 31300U19NAND4U2
7、1NAND413144823三、信号灯连接电路U9NOT U11NOT U12NOT X12.5 V X22.5 V X32.5 V X42.5 V X52.5 V X62.5 V U1AND2U2AND2U3AND2U4AND2U5EOR2U6EOR21U7NOT U8NOT2U13AND2 35U10OR2U14OR26478910 1213111415因为要夜间黄灯闪烁，即不论在白天还是夜间黄灯都要工作，所以要用一9个异或门连接。四、24 小时计时电路U39DCD_HEXU40DCD_HEXU3774160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LO
8、AD9CLR1CLK2U3874160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VCC5VXFG351VCC28 25024224950U1NAND2465545五、SR 锁存器要求夜间黄灯闪烁，即主电路停止工作。这样要使电路在 22 点与 6 点时改变状态并且要维持这一状态。这要利用到锁存器。我们使用的是与非门连接的 SR 锁存器，如下图103、 总电路设计（总电路图）U1674LS160DQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VC5V VC5VVC5VU4DCD_HE
9、XU674LS138DY015Y114Y213Y312Y41Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U7NOTU974LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD1 BO13CO12CLR14U1074LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD1 BO13CO12CLR14U1DCD_HEXU12DCD_HEXU13OR2U14NOTJ2AKey = A X1 2.5 V X2 2.5 VX42.5 V U8NOTU18NOTU20NOTX5 2.5 VX62.5 V U30NOT U31NOT U32NO
10、T X72.5 V 42047264VC43C41 40 39VC 38736534 332313027U5NOT129 0U19NAND4U21NAND4131448U2OR2U17NOT U23NOT16 2012U24OR252318XFG2U39DCD_HEXU40DCD_HEXU3774160NQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U3874160NQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VC5VXFG3U42SR_FS QQRU43AND3U45NOT U4AN
11、D3U46NOTU47NOT U48AND2 XFG4U49AND2U50EOR2U51EOR2U52AND2U53AND2U54AND2U5AND2U56NOT 58 63626106059575654535251VC28 250241509 64665 21686776810 694950U1NAND246 545将各个部分连接起来就组成了上面的电路图。这是通过修改的最后电路图通过在实验台接线完成后可以实现课程要求。114、 安装、调试步骤，检测线的通断这个必须仔细检查，实验室里断的线有许多。很多问题都是坏的线引起的。，检测各个芯片的好坏；检测 74LS160 时，令它由 1 到 4 计数
12、。检测 74LS192 时，看它单个是否能由 0-9 计数。先将电路的局部连起来，检查是否能够实现要求。再将局部电路一个个连起来。要连一个检查一遍，这样方便排查问题出在那个部分。5、 故障分析与电路改进将整个电路连接完成后发现的问题：显示器显示的数字有缺陷，检查许多地方后发现只是芯片与实验台上的插孔接触不良24 进制计时器计数乱跳，先检查线路正确，后来单个检查 160 芯片其中一个坏了，逻辑不正确24 进制计时器计数到 22 就跳到 00 了，反复看了仿真发现仿真时 23 跳到00 时非常快比其他数字跳的快。后来改成到 24 时才跳 0 才对了。在晚间时 192 芯片计数停止而且信号灯的状态维
13、持（有什么灯亮晚间灯一直亮）我们想只要红绿信号灯在白天工作晚上停止工作，通过与队友讨论我们在 24 进制输出的信号与秒脉冲之间连了一个与门126、 总结与设计调试体会这个课程设计的任务我们两个人花了差不多两周的时间。在这段时间 里我们几乎用尽了我们的一切能想到以及能用上的方法，一开始是上网查看有没有差不多设计，我们好不容易将图在软件上仿真，发现并不是像网上说的一样。换了许多图结果都不行。后来我们放弃了，决定自己做电路图。分成多个部分，先接 1-5 的计数器，和 74LS192 芯片组成两位的减法计数器。再把它们接起来，这个过程十分漫长。完成后，也不急着接信号灯。我们接着接 24 进制的计数器。
14、我们又遇到了一个解决不了的问题：怎么保持一个状态。问了指导老师我们知道了要用锁存器。multisim 仿真软件，以前从来没有接触过，只是现在需要的时候才开始用它，它的功能都不很清楚。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。现在设计已经做好了，虽然花了很多时间，但学到了很多东西。这个设计所用到的知识都是我们以前学过的，但是我们还能发现对以前学的内容我掌握的和自己想象的还有很大差距。很多东西我们在课堂上学了但是下来没有及时的复习，导致了现在不能及时的拿来用。现在经过这次学习加深了我们的知识，还使我们将理论知识运用到了实际，知道了这些知识在实际生活中的作用。通过这次课程设计还加强了我们
15、的团队精神。这次课程设计过程中不仅有我与队友的努力，还有寝室室友的强力帮助，当然最重要的是老师的指导。13附录元器件清单型号 个数 备注74LS00 1 用作 SR 锁存器74LS04 374LS08 274LS10 174LS20 174LS32 174LS86 174LS148 5 与显示器相连74LS192 2 减法计数器CD40160 3 24 进制计数器八段共阴 5 显示器发光二极管 6 红绿黄分别两个真值表160 信号 192aDCBA 192bDBCA 138 信号001 0100 0101 Y4010 0000 0101 Y1011 0010 0101 Y2100 0000 0
16、101 Y314方案一总电路图U174LS160DQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VC5V U2 DCD_HEXU3NAND2U474LS138DY015Y114Y213Y312Y41Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U5NOTU974LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD1 BO13CO12CLR14U1074LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD1 BO13CO12CLR14U1DCD_HEXU12DCD_HEXVC5V
17、U13OR2U14NOTVC5V J1AKey = A XFG1X1 2.5 V X2 2.5 VX32.5 V U15NOTU16NOT U17NOTU18NOTU19NOTU874LS160DQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2VC5V VC5VU20DCD_HEXU21NAND2U274LS138DY015Y114Y213Y312Y41Y510Y69Y77A1B2C3G16G2A4G2B5U23NOTU2474LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD1 BO13CO12CLR14U25
18、74LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD1 BO13CO12CLR14U26DCD_HEXU27DCD_HEXU28OR2U29NOTX4 2.5 VX62.5 V U30NOTU31NOT U32NOTU3NOTU34NOT0VC 1 253 91314 15161781920VC21223VC 24 2548 3107 60VC 30 32334 353637 3839401423VC4454850 545675861046U39DCD_HEXU40DCD_HEXU3774160NQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7E
19、NT10LOAD9CLR1CLK2U3874160NQA14QB13QC12QD1RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2562VC5VXFG206471VCU41NAND37U42SR_FS QQR6U43AND349 U45NOT 6863 U4AND3U46NOT76972657073U47NOT U48AND2750767XFG3X52.5 V U49AND20U50EOR22679U51EOR2782980U52AND2U53AND2U54AND2U5AND2U56NOT27285158283848157453U6NAND212U35NAND26015参考文献数字电子技术基础（第五版） 阎石 主编高等教育出版社电子技术基础实验与仿真 孙胜麟、郭照南 主编 中南大学出版社
