交通信号灯控制器课程设计

湖南工程学院课程设计课程名称：数字电子技术课题名称：交通信号灯控制器专业：电气工程及其自动化班级：电气1192学号：姓名：指导老师：***2013年 3月5日湖南工程学院课程设计任务书课程名称：数字电子技术题目：交通信号灯控制器专业班级：电气1192学生姓名：学号：指导老师：***审批：任务书下达日期：2013年2月26号设计完成的日期：2013年3月5号设计内容与设计要求一．设计内容：1．设计并制作交通灯控制电路；2．电路功能为：采用两位数码显示器显示南北方向时间；采用两位数码显示器显示东西方向时间；1）交通灯控制器工作流程如下：3．功能扩展1）可以手动调整和自动控制，夜间黄灯闪耀；2）自选。

二．设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3．安装、调试电路；4．写出设计报告。

目录一. 总体思路 (2)二. 程序控制流程…………………………………………………………………三.电路所用元件简介……………………………………………………………(一) 74ls192 十进制逆时计数器（二）74ls02 或非门………………………………………………………………（三）74ls04六非门………………………………………………………………（四）74ls32四2输入或门…………………………………………………………（五）74ls00四2输入与非门………………………………………………………四. 各模块功能介绍…………………………………………………………………（一）倒计时电路…………………………………………………………………（二）步骤控制电路…………………………………………………………………（三）交通灯控制电路………………………………………………………………五. 总电路设计………………………………………………………………………六. 电路安装与调试…………………………………………………………………(一) 电路安装……………………………………………………………………（二）电路调试………………………………………………………………………七. 故障分析与电路改进……………………………………………………………(一) 常见的故障现象………………………………………………………………(二) 产生故障的原因………………………………………………………………(三) 检查故障的一般方法…………………………………………………………八. 总结与设计调试体会……………………………………………………………九. 附录…………………………………………………………………………（一）电子元件明细表…………………………………………………………………（二）总电路图………………………………………………………………………（三）参考文献………………………………………………………………………（四）课程设计评分……………………………………………………………………一、总体思路一般情况下十字路口东西方向和南北方向的车流量不同，所以为各方向分配的时间也不同。

显然，分三步控制不能达到让各方向时间不同的目的，所以我们选择分四个步骤：(1)南北方向绿灯亮60秒，东西方向红灯亮60秒； (2)南北方向黄灯亮4秒，东西方向继续亮红4秒； (3)南北方向红灯亮30秒，东西方向绿灯亮30秒； (4)南北方向继续红灯，东西方向黄灯亮4秒。

流程如下图所示：我们可以用两个十进制减法计数器做一个100进制以内的倒计时器，当计数到零时，发出一个借位信号给一个四进制步骤控制器，步骤控制器控制逻辑电路输出下一个时间给倒计时器的置数端，如此循环下去。

同时，步骤控制器也控制交通灯的明暗。

南北 ： 绿灯（ 60s灯（4s（ 30s 红灯（4s ）东西 ：4s ）二、程序控制流程三、电路所用元件简介（一） 74ls192 十进制逆时计数器1、 74ls192的引脚图：秒脉冲交通灯控制电路 逻辑电路步骤控制器减法计数器 时间显示器2、74ls192的功能表：它的主要功能为：①CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

②LD为预置输入控制端，异步预置。

③CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

④CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，⑤BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

（二） 74ls02 或非门1、74ls02的引脚图：2、74ls02的功能表74ls02引脚功能：实现2输入四或非门功能，常用于各种数字电路中（三）74ls04六非门1、74ls04的引脚图：2、74ls04的功能：74ls04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms,反相器的作用就是反相把1变成0。

（四） 74ls32四2输入或门1、74ls32的引脚图：2、74ls32的功能：74ls32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。

表达式为：Y=A B引脚排列图管脚功能：左下1--1A，2--1B，3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND；右起：右上8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A，13--4B；14--VCC其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极（五） 74ls00四2输入与非门1、74ls00的注脚：2、74ls00的真值表：3、74ls00的功能：74LS00（二输入与非）、74LS02（二输入或非）、74LS04（非）、74LS08（二输入与）、74LS32（二输入或）在此不做介绍四、各功能模块介绍（一）倒计时电路将74192的UP端全部接高电位，低位的DOWN端接秒脉冲信号，高位的DOWN端接低位的借位端BO’。

这样就组成了100进制以内的倒计时计数器。

再将高位的BO’端分别接到两芯片的LOAD’端，每当计数到零时就会重新置入一个数。

正常工作时CLR接地。

单元电路如下图所示：（二）步骤控制电路步骤控制电路主要由74160、74138和一些门电路构成。

74160被做成4进制加法计数器，任何一个计数显示单元发出的借位信号都能使之进入下一步骤。

步骤数传给译码器74138被翻译为高低信号与门电路一起控制交通灯的明灭，也控制着每步需要置的时间值。

分别将74160的ENP、ENT端都接高电位，再将输出端QA、QB接入与非门，输出接到置数端LOAD’，即可构成一个四进制加法计数器。

任何倒计时单元电路高位端发出借位信号都能使该计数器加1。

单元电路如下图所示：逻辑电路的真值表如下所示：南北方向东西方向高位低位高位低位A B C D A B C D 时A B C D A B C D 时间间Y0 0 1 1 0 0 0 0 0 60 0 0 1 1 0 0 0 0 64Y1 0 0 0 0 0 0 1 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0Y2 1 1 0 1 0 0 1 0 34 1 1 0 0 0 0 0 0 30Y3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 4南北方向所显示的时间应该是59-0、3-0、29-0，由于74192是异步清零，所以要置的数应在原有的基础上加1，即为60、4、30。

（三）交通灯控制电路译码器发出的高低电平信号，即为步骤信号，控制着交通灯的明灭。

电路图如下所示：为了实现交通灯的闪烁功能，接入一个手动开关，即可在6-22点时间段输出高电平信号，在22-6点时间段输出低电平信号。

该信号与译码器的红绿灯信号一起接到一个与门，起到开关的作用，6-22点允许译码器的信号通过，22-6点关闭信号灯。

同时，该信号反相后与译码器的黄灯信号一起接到一个或门。

6-22点为低电平信号，黄灯由译码器的信号控制；22-6点为高电平信号，黄灯一直工作，不论译码器是什么信号。

而且，控制黄灯的信号和秒脉冲的信号接入一个与门后，即可实现黄灯闪烁的功能。

五、总电路设计总电路图如下六、电路安装与调试(一)电路安装考虑到如果整体电路都安装好后在检查调试电路会很麻烦，而且比较难找出问题出在哪，所以我们分步安装调试检查。

首先我们确认所有元器件都是完好的、芯片无引脚掉落并且工作正常，所有导线无损坏。

(二) 电路调试1、调试方法①通电观察把经过准确测量的元件接好电路。

观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，手摸器件是否发烫，电源是否有短路现象等。

如果出项异常，应急时切掉电源，彻底排除故障后才能通电。

然后测量各电路总电源电压和期间的引脚的点电压，以保证元器件的正常。

②静态调试：在没有外加信号的条件下进行调试。

本次课程设计主要是通过静态测试数字电路的各输入端和输出端的高低电平及其逻辑关系，可以即时发现已经损坏的元器件，判断电路工作情况，并及时调整电路参数，是电路工作状态符合设计要求。

③动态调试动态调试是在静态调试的基础上进行。

调试的方法是在电路的输入端接入适当的频率和幅值的信号，查看电路工作情况。

七、故障分析与电路改进(一) 常见的故障现象在本次课程设计中常见的故障现象：1、计数器不能正确计数；2、电路的延时现象使两个计数器不能同时工作；3、倒计时时间不正确；4、芯片与各接触点的接触不良问题；5、计数出现紊乱。

(二) 产生故障的原因故障产生的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互作用引起的故障。

本实验产生故障的原因主要有以下几种：1、定型芯片使用异端时间后出现故障，元器件损坏，连接线路是发生短路或断路（接插件接触不良）；2、新设计安装的电路来说，故障原因可能是，实际电路与设计的原理图不符；元器件使用不当或损坏，设计的电路本身就存在某些缺点，不满足技术要求，连线发生短路或断路现象等。

3、仪器使用不正引起的故障；4、线路受内在、外在干扰。

(三) 检查故障的一般方法1、直接观察法：直接观察法包括不通电检查和通电检查。

检查仪器的选用和使用是否正确；电源电压是否符合要求；集成电路的引脚有无错接和漏接，互碰等情况；布线是否合理，电阻和电容有无烧焦和炸裂等。

仔细观察元器件有无发烫、冒烟，电子管是否亮。

2、用万用表检查静态工作点：电子电路的供电系统，电子管或三级管、集成块的直流工作状态（包括元、器件引脚、电源电压）、线路中的电阻值等都可以用万用表测定。

当测量值与正常值相差较大时，经过分析可以找到故障。

3、对比法：怀疑某一电路存在问题时，可将此电路与工作状态相同的正常电路的参数进行一一对比，从中找到电路的不正常情况，进而分析故障原因，判断故障点。

4、部件替换法：有时故障比较隐蔽，不能一眼看出，可以找与故障仪器同型号的仪器，可以将仪器中的部件、元器件、等替换有故障的相应部件，以缩小故障范围。