数字电路交通灯设计
WuYi University
数电课程设计
题目：两路交通灯设计
院系：电子工程系
专业：电子信息工程
班级：电信（2）班
学号： 20094082041
学生姓名：周磊
指导教师：范有机
2011年6月
两路交通灯设计
摘要
本文主要对此次数电开放实验进行总结性报告，罗列了电路的电路原理与流程图、硬件结构设计、焊接与调试。对于出现的问题进行解释说明其一系列后续工作的介绍。
Abstract
In this paper, the number of power open to this experiment summary report, a list of the circuit schematic and flow diagram, hardware design, welding and debugging. For the problems to explain a series of follow-up work on its introduction.
1．绪论
交通信号灯与我们的生活紧密相连，设计交通灯不仅具有实用性,还加深了本人对数字电路理论知识的理解。通过这次动手实验，死板的课本知识就融入到动手能力中去了。
《数字电路》是一门发展迅速，实践性很强的电子技术专业基础课程。由于数字电子技术具有很强的灵活性，我们的日常生活已经越来越离不开它了。用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。
由于数字电路技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制系统很容易实现。只要数字集成块在一定范围内输入，都能得到确定的输出，调试起来也比较容，电路的工作状态会比较稳定。
这次的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通等的六个不同信号灯的控制，另外还加以倒计时数码管显示。以做到十字路口信号灯的仿真模型，这个电路的设计看似较为复杂，其实就是一些基本的数字电路组成。只要将整个电路的基本方向确定下来，画出电路流程图，在对各项功能进行设计，一步步突破，最后进行整理总结。
2硬件电路结构设计
2.1设计要求及电路流程图
2.1.1设计要求
1.设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；
2.必须独立完成设计课题；
3.合理选用元器件；
4.按时完成设计任务并提交设计报告。
2.1.2电路流程图
根据实际的交通信号灯，设计一个交通灯信号控制器。甲、乙车道交替通行，甲车道每次放行25秒，乙车道放行25秒，绿灯亮表示通行，红灯表示停止。每次绿灯变红时黄灯先亮5秒。该交通灯控制系统的组成框图如下图2-1所示。状态控制器主要记录交通灯的工作状态，通状过状态译码器点亮相应状态的信号灯，秒信号发生器产生整个定时系统的时间脉冲，通过减法计数器对秒脉冲减计数，达到每一种工作状态持续时间。减法计数器的减进位脉冲使状态控制器完成状态转换，同时减进位根据系统下一个工作状态决定下一次减计数的初始值。减法计数器的状态由bcd译码器译码，数码管显示。
图2-1电路流程图
2.2单元电路设计
2．2.1状态控制器设计
根据电路流程图，各信号
灯工作顺序流程如2-2
图，信号灯四种不同状态
分别用S0（甲车道绿灯
亮，乙车道红灯亮），
S1(甲车道黄灯亮，乙车
道还是红灯)，S2（甲车
道红灯亮，乙车道绿灯
亮），S3（甲车道还红灯
亮，乙车道黄灯亮）表示，
其状态编码及状态转换
图如图2-3所示。
图2-2信号灯流程
图2-3信号灯状态转换图
根据上述流程图和状态转换图，我们可以用一个两位十进制计数器实现，如74160，再用一个3线8线译码器74138译码器与显示电路相连。电路图如下。
图2-4状态译码器电路图
其中74160的CLK接受来自减法计数器的借位输出，74138的Y0、Y1、Y2、Y3去置数和控制信号灯的状态。当减法计数器高位同时出现借位时就会给clk一个脉冲，由于减计数器借位输出为低电平，而160需要高电平触发，所以加一个非门。经过74138译码后控制交通灯的状态变化以及置数的变化，从而控制整个系统，其中74160的QC 端经过一个非门接其置数端，当QC为1时，计数器置数回到0，从而控制电路的状态循环，同时QA，QB的变化经过译码器74138后控制整个电路及交通灯的循环。
74LS160芯片介绍:
74LS160 是一个具有异步清零、
同步置数、可以保持状态不变的
十进制上升沿计数器 ,管脚图
如2-5。只有当 EP、ET 均为高
电平时160才能正常工作。CLR
为清零端。表2-1为160功能表
图2-5芯片160管脚图
表2-1芯片160功能表
2.2.2交通等状态显示设计
整个交通灯状态分为四部分，真值表与状态如表2-2。横纵向干道的红、黄、绿信号灯主要由状态控制器输出决定。用1表示灯亮。用0表示灯不亮。
表2-2交通信号灯真值表
由真值表可知各信号灯的逻辑函数表达式为：
G=/Y0
Y=/Y1
R=/Y2+/Y3=/(Y2Y3)
g=/Y2
y=/Y3
r=/Y0+/Y1=/(Y0Y1)
可画出交通灯信号控制图，如图2-6所示。
图2-6显示部分原理图
由于译码器输出是低有效，所以在另一端接+5V高电平。这样就可以很好的控制交通灯的显示。
74LS138芯片介绍：
图2-7为74138管脚图。74LS138 为3 线－8 线
译码器，当一个选通端（G1）为高电平，另两个选
通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端
（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以
低电平译出。若将选通端中的一个作为数据输入端
时，74LS138还可作数据分配器
图2-7芯片138管脚图
表2-3 138功能表
无论从逻辑图还是功能表我们
都可以看到74LS138的八个输
出引脚，任何时刻要么全为高
电平1—芯片处于不工作状态，
要么只有一个为低电平0，其余
7个输出引脚全为高电平1。如
果出现两个输出引脚同时为0
的情况，说明该芯片已经损坏。
2．2.3秒信号设计
其中秒信号发生器由555定时器及电容、电阻、电感组成，是一个典型的施密特触单稳态触发发器。无需输入，自激震荡产生方波。只需控制两个电阻和电容的大小来控制占空比来控制方波的频率。R6、C2组成一个串联RC充放电路，在NE555 的7管脚上输出一个方波信号，C2上得到一个三角波，此三角波送到NE555的2 脚输入端。由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波
图2-8秒信号发生器
NE555芯片介绍：
NE555虽然从发现到现在有四十多年，功能上有部份的改善，
但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。NE555
是属于555系列的计时IC 的其中的一种型号，555系列IC 的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC ，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。 图2-9芯片555管脚图 2.2.4置数控制系统设计 表2-4显示部分真值表
根据以上的设计，交通灯控
制系统要有一个能自动装入不同
定时时间的定时器，以完成甲车道
25秒，5秒，30秒，乙车道30秒，25秒，5秒的定时任务。该定时器由2片74192构成的二位十进制可
预置数减法计数器完成；时间状态由带译码器的led 数码管对减法计
数器进行译码显示；预置到减法计
数器的时间常数，通过状态控制电路的译码器74138的输出端Y0、Y1、Y2、Y3。当状态控制器74160的输出QAQB=00时经过译码器74138后
此时的输出为Y0Y1Y2Y3=0111，经过非门以后变成
Y0’Y1’Y2’Y3’=1000此时只有
Y0’对置数有效，同理，
状态控制器状态变化时，置数也跟着变化，而状态控制器的脉冲恰好来自减法计数器的借位端，这样就形成了置数的循环控制。实现了交通的定时循环系统。
其实交通的定时系统分为4部，甲车道为25秒、5秒、30秒、0秒，对应乙车道为30秒、0秒、25秒、5秒。正好用译码器的四个输出端Y0Y1Y2Y3来控制，因为Y0Y1Y2Y3为低有效所以经过非门后 只有其中一个端口有效置数，真值表可以简单的画成表2-4的模式。
根据真值表可以得出置数控制系统的连接方式，原理图如下。
交通灯定时显示真值表 74138状
态输出
74192输入端口
DCBA DCBA DCBA DCBA
Y0'=1 OO10 0101 OO11 0000 Y1'=1 OOOO O1O1 OOOO OOOO
Y2'=1 OO11 0000 OO10 0101
Y3'=1 OOOO OOOO OOOO O1O1
图2-10置数控制部分原理图
74LS192芯片介绍：
其中p0 p1 p2 p3——置数并行数据输入；Q0、
Q1、Q2、Q3——计数数据输出；MR——清零端；
LD——置数端；TUu--加法计数CP输入;TCd——
减法计数CP输入；CO——进位输出端；BO——
借位输出端。加减控制方式：控制信号为1时加
计数，为 0时减计数。双时钟方式：外部时钟
从CP+端输入时加计数，从CP-端输入时减计数。
预置功能：所谓预置，就是控制端 =0时，使计
数器的状态变成设定的外部输入常数，即
QDQCQBQA=DCBA（输入数据）。
图2-11芯片192管脚图
同步预置方式： =0且下一个时钟有效边沿到来时完成预置。
异步预置方式： =0后立即预置数据送入各触发器，与CP无关。
复位功能：所谓复位，就是从复位端输入有效信号后，计数器恢复成初始状态（全0或某个常数）。
同步复位方式：用复位信号与时钟信号CP配合完成。异步复位方式：用复位信号直接完成，与CP无关。
时钟边沿选择：同步计数器一般用上升沿触发，异步计数器一般用下降沿触发。有的同步计数器有两个时钟输入端，既可用上升沿触发，也可用下降沿触发。
其它功能：计数器满模值时，产生一个进位输出CO信号或借位输出BO信号，作为标志信号或进位功能扩展。计数控制输入端（P、T），用来控制计数器是否计数。多片计数器级联时，可控制各级计数器的工作。下表为其功能表
表2-5芯片192功能表
74LS47芯片介绍：
74LS47的输入端是四位二进制信号(8421BCD码)，a、b、c、
d、e、f、g是七段译码器的输出驱动信号，
高电平有效。可直接驱动共阴极七段数码管，是使能端，
起辅助控制作用。下图是47芯片的功能表。
图2-12芯片47管脚图
表2-6芯片47功能表
使能端的作用如下：
(1) LT是试灯输入端，当 LT=0， BI=1时，不管其它输入是什么状态，a~g
七段全亮；
(2)BI静态灭灯输入，当 BI=0，不论其它输入状态如何，a~g均为0，显示管熄灭；
(3)RBI动态灭零输入，当 LT=1， RBI=0时，如果 A3A2A1A0（ABCD）=0000时，a~g 均为各段熄灭；
(4) RBO动态灭零输出，它与灭灯输入BI 共用一个引出端。当在动态灭零时输出才为0。片间与 RBI配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。
3．制板焊接与调试
3．1制板
3．1．1PCB图的制作
一般PCB基本设计流程如下：前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制版。
第一：前期准备。这包括准备元件库和原理图。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一块好的板子，除了要设计好原理之外，还要画得好。在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。元件库可以用peotel自带的库，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB 元件的对应关系就行。PS：注意标准库中的隐藏管脚。之后就是原理图的设计，做好后就准备开始做PCB设计了。
第二：PCB结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB 设计环境下绘制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域（如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域）。
需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应该在保证上面原则能够体现的
前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致”。这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑。
图2-11： PCB制版图
3.1.2电路板的制作
1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。
2、热转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！
3、腐蚀线路板,回流焊机。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！
4、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度
不能开的过慢，操作钻机还是比较简单的，只要细心就能完成得很好。但是一定要注意安全。
5、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，只需薄薄的一层，不光防止线路被氧化，同时松香也是很好的助焊剂，一般来说，线路板表面松香水会在24小时内凝固，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。热风机温度高达300度，使用时不能把出风口朝向易燃物、人和小动物，要求安全第一！
3.2焊接
3.2.1准备工作
1、按照原理图，到老师领取所需的元器件，不要缺少小的元器件如电阻、电容等体积小的元器件。
2、测验芯片，按照各芯片的功能测试芯片是否能正常工作，不能工作的要及时向老师调换。
3、排版、接线，首先，根据仿真图上各器件的位置，排好所要用的芯片，注意尽可能的排得合理，稀松，因为我们所用的芯片插板先对比较小的，且电路比较复杂。第二，接线时应该一个一个模块接，接好后依次检查，切忌接完所有电路时在检查，那样一旦接错检查就非常困难。
3.2.2实际焊接
1分立元件一般不用焊，管脚有引线可以固定。然后用焊锡丝焊接，焊接时间应该小于3秒，如果没焊好，等一会再焊。要不然，容易造成电路板的损坏。
2、电烙铁温度以1秒左右能融化焊锡为最佳。然后用尖的镊子夹元件并摆好位置，烙铁头上有焊锡，不用特意保留。
3、用烙铁头同时接触元件的焊点和电路板的焊盘，看到PCB的焊盘焊锡融化即可。再焊接另一头。如果觉得焊锡不足可以补。
3.3电路调试
3．1.1准备工作
1、连线是否正确
检查电路连线是否正确，包括错线、少线和多线。查线的方法通常有两种。
a. 按照电路图检查安装的线路
这种方法的特点是，根据电路图连线，按一定顺序逐一检查安装好的线路。由此，可比较容易查出错线和少线。
b. 按照实际线路来对照原理电路进行查线
这是一种以元件为中心进行查线的方法。把每个元件（包括器件）引脚的连线一次查清，检查每个引脚的去处在电路图上是否存在，这种方法不但可以查出错线和少线，还容易查出多线。
为了防止出错，对于已查过的线通常应在电路图上做出标记，最好用指针式万用表“Ω×1”挡，或数字式万用表“Ω挡”的蜂鸣器来测量，而且直接测量元、器件引脚，这样可以同时发现接触不良的地方。
2、元、器件安装情况
检查元、器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容极性等是否连接有误。
3 、电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确
检查直流极性是否正确，信号线是否连接正确。
4、电源端对地是否存在短路
在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路。检查直流稳压电源对地是否短路。
若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。
3．1.2具体调试
1、通电观察：通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。
2、如无上述现象，观察电路的输出现象，与预期现象作比较，如不同则断电检查原理图和PCB图有无错误。然后检查电路的焊接是否出现问题如短路等。
3．3.1故障分析
故障一：在做仿真时，完全按照真值表画置数显示电路图，画好后发现，理论上该显示25秒，30秒，5秒的，却显示15秒，20秒，5秒。高位普遍小1。而低位正常。
分析：可能是同步二进制计数器74192置数进位时，在仿真软件中与实际存在差距。这时只要把真值表高位加1 ，如把25置成35，把30置数成40，再连电路图则可得到想要的结果。注意在连接实物图时又要改过来。
故障二：在连接好电路图后发现，所置的数并不是所要的数，计数器倒计时到0后，便不动了，
分析：可能是减法计数器的置数连接错误，且与借位端相连的控制状态电路端接触不好。仿真软件与实际存在差异，如实际中当某个芯片的管脚悬空时，系统默认为高电平1。在我们所用的仿真软件EWB512中却默认为0。这就直接影响置数的结果。以及高有效的控制端。
4．改进与创新
根据我的设计，实验现象是红黄绿灯依次按设计的时间闪亮，但是实际应用中的交通灯却是黄灯闪烁的。为了达到真正的交通灯仿真，我觉得黄灯的点亮方式还可以改进。
如果将黄灯的接电源的一端通过一定的与非门的逻辑组合接到NE555的3管脚上，由于555输出的是秒脉冲，电压变化是0V与5V以一秒为周期交替出现。正好符合我们对电压的要求。
经过我的改进后，我设计的交通灯就达到很高程度的仿真了。虽然现阶段这个设计没有投入实际的可能，但是为我以后的设计打下了坚实的基础。
5．原器件清单
表5-1
元件名称元件用途数量
bcd-七段译码器显示管驱动 2
电阻330Ω连接发光二极管20
电阻80KΩ、60KΩ确定秒脉冲时间 1
10KΩ组成复位电路 1
电容确定秒脉冲时间 3
同步可逆计数器192 组成置数系统 2
可预置bcd计数器160 交通灯状态显示 1
3-8线译码器138 控制发光二极管 1
六倒相器74ls04 组合逻辑电路 1
2输入四与门74ls08 组合逻辑电路 1
2输入四或门74ls32 组合逻辑电路 1
黄色发光二极管模拟黄灯 2
绿色发光二极管模拟绿灯 2
红色发光二极管模拟红灯 2
共阳极显示管显示倒计时 2
NE555 构成秒脉冲 1
6．参考文献
《数字电子技术基础》（阎石编第五版）
《电子电路设计与实践》（姚福安编）
《电子设计线路与应用》（臧春华编）
《电子技术基础实验》（陈大钦编第二版）
《电工、电子技术实习与课程设计》（徐磊杨铮主编第二版）
《电子技术课程设计》（历雅萍、易映萍编）
《电子技术课程设计指导》（彭介华、主编高等教育出版社）
《电子线路设计、实验、测试》（谢自美主编华中理工出版社）
《数字电子技术实验指导书》（湖南人文科技学院通信与控制工程系钟明生主编）《电子技术应用技能技巧丛书》（柳淳主编）
《电子制作技能与技巧》中国电力出版社
《电子技术基础：模拟部分》（第五版）（华中科技大学电子技术课程组编康华光主编高等教育出版社 2005）
《电子技术基础：数字部分》（第五版）（华中科技大学电子技术课程组编康华光主编高等教育出版社 2005）
《电子元器件与电子实习》(马全喜主编李晓慧何怀明副主编机械工业出版社2007)
《电子技术课程设计指导》（湖南大学彭介华主编高等教育出版社 1997）《电子测试与故障诊断》（ [美]洛弗特G 齐德奇RS著江庚和等译华中工学院出版社，1986）
总结
一个星期过去了，意味着开放实验室项目结束，在这次实习中我学到，得到很多东西，课程设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识,通过自己的亲身体验去发现，分析和解决操作过程中所遇到的种种问题,锻炼自己的动手能力和实际分析问题的能力，在这次的设计中我对此深有体会。
在拿到这个课题的时候大脑中一片空白，毫无头绪，虽然我们在上学期学习了模拟电子技术，在这学期学了数字电子技术，然而在拿到这个课题的时候才发现理论知识与实践的区别，后来在老师的提示下，有了大概的设计思路，在书本上翻阅了每个设计所需要的芯片，明白及懂得每片芯片的作用及各个引脚的功能！接着和同学交流学习设计出电路图并通过EWB软件进行仿真，经过几天的努力，不断的修改与完善后终于得到了一个方案，虽然这个方案不是最佳的但是也是通过自己调试出来的，完成了PCB紧接着就是接线了，在这次课程设计中，这项工作是最难的。最开始是测试器件的好坏，验证器件没问题后就按图纸接线，在接的时候才发现困难重重，在一块小小的接线板上要接上七个芯片，每个器件有十多个引脚，线多得让人眼花缭乱，更难的莫过于分辨其中得每个引脚，而实验用的导线引脚比插孔小很多，一不留神就会掉下来，接到后面是叫人心惊胆颤，生怕引线再掉下来，这就是在考验一个人的细心和耐心了。每次接完线后，满怀希望的去通电，得到的结果却不是理想的，不是十进制有问题就是脉冲不连续。
这次设计使我更加懂得了自己所学知识是多么的有限，自己的各个方面都需要再加强。而我们要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践；才能使自己不被社会淘汰。在这次设计中，也要感谢同组的同学的帮助，相互讨论中也使我学习了他们不同的思考方式，训练了我的团队合作能力，使我明白了团体合作是很重要的。
在经历了多次失败后，渐渐地总结出一些好的捷径，就是在接线时按整个电路划分的各个功能块逐一接线，接完一个功能块就给予测试通过了再接下一个功能块电路，这样做在接错线时能更好地排除故障。
课题的要求是根据优先级别依次输入四路信号并能逐个清除掉，而我们只实现的两路信号的输入和清除，虽说到最后我们这一组没能完全达到课题的要求，但我觉得最重要的不是结果，而是努力去做的这一过程，正因为这样就不会有太多得遗憾，毕竟自己经努力了，也解决了很多操作过程中出现的问题。
这次试验就这样结束了，最后总结这次电子技术课程设计中，我受益匪浅，在接近两周的日子里，可以说得是困难重重，举步维艰，但是在操作过程中通过老师的指点，同学的交流，将遇到的问题逐一解决了，真的感觉到学会了很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的相关知识，更重要的是学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，要把所学的理论知识与实践相结合起来，总结出经验和规律，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，同时也感触到了团队协作精神的可贵。最后感谢邱红老师不辞辛苦对为我们的指导！
附录
总原理图
数字电路交通灯控制器
西安邮电学院 数字电路课程设计报告书 ——交通灯控制器 系部名称：电信系 学生姓名：王放<05） 专业名称：光信息科学与技术 班级：0702班 实习时间：2009年12月19日至2009年12月26 日 一、课程设计题目 十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行，实现红绿灯的自动指挥是城市交通管理自动化的重要课题。为了更好的了解并熟悉这方面的基本知识和原理，本次课程设计利用数字电路的基本设计方法，设计一个简单的交通灯自动控制系统。进一步了解如何将数字电路设计应用到自动控制系统当中去，从而提高解决实际问题的能力，为以后的进一步学习打下良好的基础。 二、设计任务和要求 1.设计一个十字路口的交通信号灯控制电路，要求有一条主干道和一条支干 道组成的两条交叉道路上的车辆交替通行，在每条道路的入口处设置红、黄、绿三色信号灯，红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。 2.主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。要求 主干道每次放行时间为30秒，支干道每次放行时间为20秒。 3.在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要求先黄灯亮5秒作为过渡状 态，以便让后来车辆准备停车。 4.设计30秒、20秒、5秒计时的译码显示电路，要求每秒钟改变一次显示 数字，最好用倒计时电路实现数字显示。
三、总体方案的选择 <一）交通灯控制电路分为： 1. 时脉产生电路： 产生稳定的“秒”脉冲 数字逻辑电路设计 课程设计报告 系（部）：三系 专业：通信工程 班级： 2011级<1>班 姓名：陈 学号： 201103061 成绩： 指导老师：李海霞 开课时间： 2012-2013 学年二学期 一、设计题目 交通信号灯控制器 二、主要内容 1、分析设计题目的具体要求 2、完成课题所要求的各个子功能的实现 3、用multisim软件完成题目的整体设计 三、具体要求 （一）、交通灯信号控制器仿真设计 设计要求 （1）设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求东西方向和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为35s。时间可 设置修改。 （2）在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5s，才能变换运行车道。 （3）黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。 （4）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示。 （5）假定+5V电源给定。 四、进度安排 第一天：介绍所用仿真软件；布置任务，明确课程设计的完整功能和要求。第二天：消化课题，掌握设计要求，明确设计系统的全部功能，图书馆查阅资料。 第三天：确定总体设计方案，画出系统的原理框图。 第四天：绘制单元电路并对单元电路进行仿真。 第五天：分析电路，对原设计电路不断修改，获得最佳设计方案。 第六天：完成整体设计并仿真验证。 第七天：对课程设计进行现场运行检查并提问，给出实践操作成绩。 第八天：完成实践报告的撰写 五、成绩评定 课程设计成绩按优、良、中、及格、不及格评定，最终考核成绩由四部分组成： 1、理论设计方案，演示所设计成果，总成绩40％； 2、设计报告，占总成绩30％； 3、回答教师所提出的问题，占总成绩20％； 4、考勤情况，占总成绩10％； 无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到20分钟按旷课处理。 流水灯设计报告 一、实验目的 通过本实验教学，学习数字电路综合应用（将单元电路组成系统电路的方法），掌握简单数字系统设计方法。通过查阅手册和文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。掌握示波器、信号发生器、频率计、万用电表等常用电子仪器设备的使用。获得数字电路综合应用能力。 二、实验内容 用D 触发器和译码器设计一个8位可循环的流水灯，用仿真软件进行仿真，最后根据电路图在万能板上焊接出来。 三、实验原理 1.D 触发器 D 触发器的状态方程为：Q n+1=D 。其状态的更新发生在CP 脉冲的边沿，74LS74（CC4013）、74LS175（CC4042）等均为上升沿触发，故又称之为上升沿触发器的边沿触发器，触发器的状态只取决于时针到来前D 端的状态。D 触发器应用很广，可用做数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生器等，图A 为74LS74外引线排列，图B 为D 触发器逻辑符号。 2.译码器 74LS138 为3 线－8 线译码器，共有 54LS138和 74LS138 两种线路结构型式 工作原理： ① 当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和/(E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。 图A 74LS74外引线排列 图B D 触发器逻辑符号 表1 74LS138逻辑功能表 ② 利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 ③ 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。 ④ 可用在8086的译码电路中，扩展内存。 引脚功能： A0∽A2：地址输入端 STA （E1）：选通端 /STB （/E2）、/STC （/E3）：选通端（低电平有效） /Y0∽/Y7：输出端（低电平有效） VCC ：电源正 GND ：地 A0∽A2对应Y0——Y7；A0,A1,A2以二进制形式输入，然后转换成十进制，对应相应Y 的序号输出低电平，其他均为高电平。 如图C 所示为74LS138译码器的引脚排列图。功能表如表1所示 四、实验结果 图C 74LS138的引脚排列图 《数字设计》课程实验报告 实验名称：交通灯控制逻辑电路的设计与仿真实现 学员：学号： 培养类型：年级： 专业：所属学院： 指导教员：职称： 实验室：实验日期： 交通灯控制逻辑电路的设计与仿真实现 一、实验目的： 1. 熟悉Multisim仿真软件的主要功能和使用。 2. 熟悉各种常用的MSI时序逻辑电路的功能和使用。 3. 运用逻辑设计知识，学会设计简单实用的数字系统。 二、实验任务及要求： 1.设计一个甲干道和乙干道交叉十字路口的交通灯控制逻辑电路。每个干道各一组指示灯（红、绿、黄）。要求：当甲干道绿灯亮16秒时，乙干道的红灯亮；接着甲干道的黄灯亮5秒，乙干道红灯依然亮；紧接着乙干道的绿灯亮16秒，这时甲干道红灯亮；然后乙干道黄灯亮5秒，甲干道红灯依然亮；最后又是甲干道绿灯亮，乙干道变红灯，依照以上顺序循环，甲乙干道的绿红黄交通指示灯分别亮着。 2.要求： （1）分析交通灯状态变换，画出基于格雷码顺序的交通灯控制状态图。 （2）设计时序逻辑电路部分，写出完整的设计过程，画出逻辑电路图。在Multisim仿真平台上，搭建设计好的该单元电路，测试验证，将电路调试正确。 （3）设计组合逻辑电路部分，写出完整的设计过程，画出逻辑电路图。在Multisim仿真平台上，搭建设计好的该单元电路，测试验证，将电路调试正确。 （4）用74LS161计数器构造16秒定时和5秒定时的定时电路，画出连线图。在Multisim仿真平台上，选用74LS161芯片连线，测试验证，将电路调试正确。 （5）在Multisim仿真平台上形成整个系统完整的电路，统调测试结果。三、设计思路与基本原理： 依据功能要求，交通灯控制系统应主要有定时电路、时序逻辑电路及信号灯转换器组合逻辑电路组成，系统的结构框图如图1所示。其中定时电路控制时序逻辑电路状态的该表时间，时序逻辑电路根据定时电路的驱动信号而改变状态，进而通过组合逻辑电路控制交通灯系统正常运行。 在各单元电路的设计顺序上，最先设计基础格雷码顺序的交通灯控制状态图，由此确定时序逻辑电路的设计，并完成该部分电路的调试。接着在设计好时序路逻辑电路的基础上，根据状态输出设计组合逻辑电路，并完成该部分的调试。最后完成定时电路的设计与调试。整合电路，形成整个系统完整的电路，统调测试结果。 . 创新实践环节Ⅰ 目录 第一章前言 (3) 摘要 (3) Abstract (4) 第二章基础技术 (5) 2.1 Proteus基础技术 (5) 2.2 Protel基础技术 (6) 2.3 PCB板制作基础技术 (8) 第三章总体方案设计 (10) 3.1芯片简介 (10) 3.1.1芯片CD4017 (10) 3.1.2芯片NE555 (11) 3.2 方案设计 (13) 第四章硬件设计 (14) 4.1设计要点 (14) 4.2 方案总体电路及其工作原理 (14) 4.2.1总体电路 (15) 4.2.2工作原理 (15) 第五章电路板的调试与测试 (17) 5.1电路板的调试 (17) 5.2电路板的测试 (17) 第六章总结与展望 (18) 第七章谢辞 (19) 第八章参考文献 (20) 附件 (21) 第一章前言 摘要 当今的社会是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。随着人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。例如：在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。通常的流水灯是应用单片机设计的，而单片机的设计成本较高，对编程的要求也比较高，由于我们学习了数字电路，所以采用了小型集成电路设计流水灯。 流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制LED灯的流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等。主要参考数字电路中计数器的原理。NE555振荡器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能。认真连接设计电路，由于最后流水灯的流向十分的清晰和稳定，所以所得的结果测试十分简洁并且很成功。 数字逻辑课程设计 ——流水灯的设计 1问题概述： 设计一个可以循环移动的流水灯，灯总数为8盏，具体要求如下： 1、5亮，其余灭，右移三次后全灭 4、8亮，其余灭，左移三次后全灭 4、5亮，其余灭，各向两边移三次后全灭 1、8亮，其余灭，各向中间移三次后全灭 所要求的彩灯电路在某电路板上完成，该电路板能够提供48MHz标准时钟信号，附带有8个共阳的LED管可作为彩灯使用。 2问题分析 本装置可以看作一个具有20个状态的无输入、8个输出的Moore型时钟同步状态机，每一个状态对应依次出现的每一种亮灯情况，用5位状态编码表示。这里构造一个模20的计数器来循环产生这20种状态。同时对于输入的48MHz的标准时钟信号，需要将其转化为1HZ的信号，此处同样用计数器来实现分频功能。8个输出分别控制LED的发光情况。这里使用5-32的译码器实现输出函数的构造。电路框图如下： 这里使用一个5位的状态编码Q4Q3Q2Q1Q0，表示20个状态。8位的输出函数F7F6F5F4F3F2F1F0分别表示由左至右每一个灯的通断情况。由于本题中LED灯采用共阳极连接方式，所以当Fn为低电平时，对应的LED灯发光。 本电路状态图如下： 本电路的转移/输出表如下： 现针对每一部分设计具体电路 3设计方案 3.11/48MHz分频电路 对于48MHz的信号，一秒钟内有4.8*10^7个周期，而所需1Hz信号，每秒只有一个周期。使输入信号每经过2.4*10^7个周期，输出信号翻转一次方向，便可获得所需的1Hz信号。可以构造一个模4.8*10^7的计数器用于计数，并使计数器输出的最高位在一秒之内恰好变化一次，且占空比为50%，故采用7片74x163进行级联。计数范围为：0110100100011100101000000000-1001011011100011010111111111。这样恰好可以保证最高 一、用中规模器件设计交通灯控制器 一、任务要求 1）通过数字电路的设计，在面包板上模拟交通红绿灯。要求分主干道和支干道，每条道上安装红（主R,支r）绿（主G，支g）黄（主Y，支y）三种颜色的灯，由四种状态自动循环构成（G、r→Y、r→R、g→R、y）; 2）在交通灯处在不同的状态时，设计一计时器以倒计时方式显示计时，并要求不同状态历时分别为：G、r:30秒；R、g:20秒；Y、r,R、y:5秒。 二、总体方案 三、单元电路设计 1）主控电路 在设计要求中要实现四种状态的自动转换，首先要把这四种状态以数字的形态表示出来。因2*2=4,所以可以两位二进制数表示所需状态（00—G、r, 01—Y、r, 10—R、g, 11—R、y）,循环状态：（00—10—11—01—00） 数字电路课程中介绍的计数器就是通过有限几个不同状态之间的循环实现不同模值计数，由此可以尝试设计一模值为4的计数器，其输出（代表不同状态）既可以循环转换，而且能够控制其他部分电路。在课程设计中本人利用74LS74（双上升沿D触发器）设计模4计数器作为主控部分电路。 主控电路图如下: 红绿灯显示电路接线如下: 4）计时部分电路 a)计时器状态产生模块： 设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。限于实验 室器材本人采用两个74LS161完成计时器状态产生模块设计。 设计思路： 要以十进制输出，而又有一些状态维持时间超过10秒，则必须用两个74LS161分别 产生个位和十位的数字信号。显然，计数器能够完成计时功能，我们可以用74LS161设计， 并把它的时钟cp接秒脉冲。74LS161计数器是采用加法计数，要想倒计时，则在74LS161 输出的信号必须经过非门处理后才能接入数码管的驱动74LS48，而在显示是最好以人们 习惯的数字0---9显示计时，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，本人以0000，0001，0010-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。 例如：有效状态1011—1100—1101—1110—1111 取反0100—0011—0010—0001—0000即4------3------2-------1------0实现模5的倒计时。 在将74LS161改装成其他模值时既可以采用同步清零法，也可采用异步置数法，但 0000不可能为有效状态，所以采用异步置数法完成不同模值转化的实现。 首先对控制个位输出的74LS161设计： 按要求对系统的状态不同，即红绿灯的状态不同，个位的进制也就要求不同。本人利 用系统的状态量Q 2、Q 1 控制74LS161的置数端D 3 D 2 D 1 D 。当系统处在G、r或R、g状态时， 个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在Y、r或R、y状态时，个位的进制是 五（模5），即逢五进一，模10时，有效状态为0110-----1111，置D 3D 2 D 1 D 为0110，模5 说了这么多了，相信你也看了很多资料了，手头应该也有必备的工具了吧！（不要忘了上面讲过几个条件的哦）。那个单片机究竟有什么 功能和作用呢？先不要着急！接下来让我们点亮一个LED（搞电子的应该知道LED是什么吧^_^） 我们在单片机最小系统上接个LED,看我们能否点亮它!对了,上面也有好几次提到过单片机最小系统了，所谓单片机最小系统就是在单片机 上接上最少的外围电路元件让单片机工作。一般只须连接晶体、VCC、GND、RST即可，一般情况下，AT89C51的31脚须接高电平。 #include 用单片机控制的L E D 流水灯设计(电路、程序全部给出) 1.引言 当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文笔者用AT89C51单片机自制了一款简易的流水灯，重点介绍了其软件编程方法，以期给单片机初学者以启发，更快地成为单片机领域的优秀人才。 2.硬件组成 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT89C51单片机是美国ATM EL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率，使用AT89C51单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件组成如图1所示。 图1 流水灯硬件原理图 从原理图中可以看出，如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，那么只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此， WuYi University 数电课程设计 题目：两路交通灯设计 院系：电子工程系 专业：电子信息工程 班级：电信（2）班 学号： 20094082041 学生：周磊 指导教师：有机 2011年6月 两路交通灯设计 摘要 本文主要对此次数电开放实验进行总结性报告，罗列了电路的电路原理与流程图、硬件结构设计、焊接与调试。对于出现的问题进行解释说明其一系列后续工作的介绍。 Abstract In this paper, the number of power open to this experiment summary report, a list of the circuit schematic and flow diagram, hardware design, welding and debugging. For the problems to explain a series of follow-up work on its introduction. 1．绪论 交通信号灯与我们的生活紧密相连，设计交通灯不仅具有实用性,还加深了本人对数字电路理论知识的理解。通过这次动手实验，死板的课本知识就融入到动手能力中去了。 《数字电路》是一门发展迅速，实践性很强的电子技术专业基础课程。由于数字电子技术具有很强的灵活性，我们的日常生活已经越来越离不开它了。用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。 由于数字电路技术的逻辑性很强，用它来设计交通灯的控制系统很容易实现。只要数字集成块在一定围输入，都能得到确定的输出，调试起来也比较容，电路的工作状态会比较稳定。 这次的设计就是通过一些基本的数字芯片组合来实现对十字路口交通等的六个不同信号灯的控制，另外还加以倒计时数码管显示。以做到十字路口信号灯的仿真模型，这个电路的设计看似较为复杂，其实就是一些基本的数字电路组成。只要将整个电路的基本方向确定下来，画出电路流程图，在对各项功能进行设计，一步步突破，最后进行整理总结。 流水灯电路的制作 一、概述： 随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。 多功能流水灯，就是要具有一定的变化各种图案的功能，主要考察了数字电路中一些编码译码、计数器原理，555定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲，制作过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，在连接过程中更要细致耐心。 二、电路原理图 三、电路工作原理 多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。本文选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C1组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器R3进行调节。由于R3的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。 CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(Q0~Q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。10 个电阻与CD4017的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时10个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。电源电路所采用的电源为。 四、板的设计 五、元器件清单 六、电路的组装与调试 1、电路的组装方法和步骤 （1）筛选元器件。对所有购置的元器件进行检测，注意它们的型号、规格、极性，应该保质量。 （2）按草图在PCB板上组装并焊接。 要求：①元器件布局整齐、美观，同类型元器件高度一致； 数字电路流水灯设计 一：方案论证与比较 1：工作时钟源设计 （1）采用555定时器接成的多谐振荡器。 555定时器是多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器，使用灵活，方便。555定时器在波形产生和交换，测量与控制中应用广泛成熟准确。 （2）采用三极管多谐振荡器 三极管多谐振荡器是一种矩形脉冲产生电路，这种电路不需外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形脉冲，常用作脉冲信号源。由于矩形波中含有丰富的多次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器工作时，电路的输出在高、低电平间不停地翻转，没有稳定的状态，所以又称为无稳态触发器。 （3）方案比较 555定时器接成的多谐振荡器产生的时钟信号驱动能力较强，555通过改变R和C的参数就可以改变振荡频率，电路参数容易确定，使用简单，信号稳定，调试方便，而三极管多谐振荡器，不易调试，输出信号驱动能力不强且信号不够稳定，故选用555定时器接成的多谐振荡器作为系统的时钟源。 2流水灯驱动电路设计 本次项目中使用1片4位同步二进制计数器74LS161，其Q0,Q1,Q2脚输出三位二进制顺序脉冲000-001-010-011-100-101-110-111，时钟源为555定时器的输出方波。 与Q0,Q1,Q2相连接的是一片38译码器74LS138的A0，A1，A2引脚，Y0—Y7依次输出负脉冲。其是引脚输入脉冲为时钟源为555定时器的输出方波经一片74LS14反相器反相后的时钟脉冲，其74LS138真值表如下： 8个LED以共阳接法分别接于Y0—Y7，依次点亮，其亮灭频率由555定时器产生的时钟频率为准。 二参数计算 555定时器外接电阻计算 交通灯控制电路 摘要 在一个交通繁忙的十字路口，没有交通灯来控制来往车辆和行人的通行，假设也没有交警，那会发生什么事情呢？后果是难以想象的，可能会陷入一片混乱，甚至瘫痪。当然我们每个人都不希望这样。我们作为社会的一员，每人都有责任为它的更加先进和快捷做出力所能及的事情。我设计的这个交通控制系统可以通过交通灯控制东西方向车道和南北方向车道两条主次交叉道路上的车辆交替运行,用以减少交通事故的发生概率。并且经过这次实验使得我对电子技术课程内容的理解和掌握有了更深一层的认识，也学会使用半导体元件和集成电路，掌握电子电路的基本分析方法和设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力，也为将来的就业或继续深造做好准备。 一、任务 在城市道路上的交叉路口一般设置有交通灯，用于管理两条道路通行车辆。现有一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉口，为确保车辆安全、迅速的通行，在交叉路口的每条道上设置一组交通灯，交通灯由红、黄、绿3色组成。红灯亮表示此通道禁止车辆通过路口；黄灯亮表示此通道未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该通道车辆可以通行。要求设计一交通灯控制电路以控制十字路口两组交通灯的状态转换，指挥车辆安全通行。指挥车辆安全通行。 设计要求 1、基本要求 （1）设计一个十字路口交通灯控制电路，要求主干道与支干道交替通行。 主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60秒。支干道 通行时，支干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30秒。 （2）每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮5秒钟。此时另一路口红灯也不变。 （3）黄灯亮时，要求黄灯闪烁，频率为1Hz。 2、发挥部分 要求在绿灯亮（通行时间内）和红灯亮（禁止通行时间内）均有倒计时显示。 二、设计方案选取与论证 1、所选方案的理由：本设计的交通灯控制电路是综合运用了74LS192芯片、7474芯片和NE555芯片等的集成电路。根据任务要求，用单片机或分立组件来实现是比较容易的，但是由于要求不能使用单片机设计，因此使用数字电路课程里学过的知识，运用它们来设计分析电路。即使用分立组件来实现。 2、方案的可行性、优缺点 流水灯电路的制作与测试 【知识目标】 ●理解时序逻辑电路的基本概念及分类。 ●掌握同步和异步时序逻辑电路的分析方法。 ●理解计数器的逻辑功能及原理。 ●掌握寄存器电路的基本工作原理，理解移位寄存器的逻辑功能。 【技能目标】 ●能用触发器制作与调试各种同步计数器。 ●能用集成计数器制作任意进制的计数器。 ●熟悉集成移位寄存器逻辑功能和各控制端的作用，能构成实用电路。 ●多种方法实现流水灯电路，且进一步完善流水灯功能。 任务一用移位寄存器构成流水灯电路 一、分析任务 在一些数字系统中，有时需要系统按照事先规定的顺序进行一系列的操作。这就要求系统的控制部分能给出一组在时间上有一定先后顺序的脉冲，再用这组脉冲形成所需要的各种控制信号。 二、相关知识 在数字系统中，常常需要将一些数码、运算结果和指令等暂时存放起来，然后在需要的时候再取出来进行处理或运算。这种能够用于存储少量二进制代码或数据的时序逻辑电路，称为寄存器。 寄存器用于暂时存放二进制代码，它是数字系统中重要的部件之一。寄存器的主要组成部分是具有记忆功能的双稳态触发器。一个触发器可以存储一位二进制代码，所以要存放n位二进制代码，就需要n个触发器。 按照功能的不同，可将寄存器分为数码寄存器和移位寄存器两大类。 1. 数码寄存器 数码寄存器具有寄存数据和清除原有数据的功能。现以集成四位数据寄存器74LSl75来说明数据寄存器的电路结构和功能。74LSl75是用D触发器组成的四 位数据寄存器。它的逻辑图和管脚排列图如图7-11所示。 (a)逻辑图 (b)管脚排列图 图7-11 四位集成数码寄存器74LS175 74LS175的功能表见表7-11，CP 是时钟端，CR 是异步清零端，D 0～D 3是数据输入端，Q 0～Q 3是数据输出端。其功能如下。 表7-11 74LS175的功能表 ①异步清零。只要CR ＝0，就可使输出端清零，而与时钟无关。清零后，将 CR 接高电平，数据才能正常存人。 ②并行输入/输出。在CR ＝1的前提下，(将需要存人的四位二进制数据送到数据输入端D 0～D 3)，在CP 脉冲上升沿的作用下，将D 0～D 3的数据并行存入Q 0～Q 3，同时也可取出存人的数码的反码。 ③记忆保持。当只CR ＝1且CP ＝0时，各触发器保持原状态不变，数据寄存器处于保持状态。 无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数控制时钟脉冲CP 上升沿到来，加在并行数据输入端的数据D 0～D 3将立即被送入寄存器中，有 32103210Q Q Q Q D D D D 流水灯电路图和程序 #include 要用PROTEL99画好电路图。还要写好程序。画图的也只能发到我的邮箱里面吧。邮箱：。谢谢各位。 提问者：woxinruozai - 五级 最佳答案 从原理图可以看出，如果我们想让接在P1.0口的LED1亮起来，那么我们只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平就可以；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭方法方法同LED1。因此，要实现流水灯功能，我们只要将LED2～LED8依次点亮、熄灭，依始类推，8只LED变会一亮一暗的做流水灯了。 实现8个LED流水灯程序用中文表示为：P1.0低、延时、P1.0高、P1.1低、延时、P1.1高、P1.2低、延时、P1.2高、P1.3低、延时、P1.3高、P1.4低、延时、P1.4高、P1.5低、延时、P1.5高、P1.6低、延时、P1.6高、P1.7低、延时、P1.7高、返回到开始、程序结束。 从上面中文表示看来实现单片机流水灯很简单，但是我们不能说P1.0你变低，它就变低了。因为单片机听不懂我们的汉语的，只能接受二进制的“1、0......”机器代码。我们又怎样来使单片机按我们的意思去工作呢？为了让单片机工作，只能将程序写为二进制代码交给其执行；早期单片机开发人员就是使用人工编写的二进制代码交给单片机去工作的。今天，我们不必用烦人的二进制去编写程序，完全可以将我们容易理解的“程序语言”通过“翻译”软件“翻译”成单片机所需的二进制代码，然后交给单片机去执行。这里的“程序语言”目前主要有汇编语言和C语言两种；在这里我们所说的“翻译”软件，同行们都叫它为“编译器”，将“程序语言”通过编译器产生单片机的二进制代码的过程叫编译。前面说到，要想使LED1变亮，只需将对应的单片机引脚电平变为低电平就可以了。现在让我们将上面提到的8只LED流水灯实验写为汇编语言程序。 实现8个LED流水灯汇编语言源程序liu01.asm ;----- 主程序开始----- START: CLR P1.0 ;P1.0输出低电平,使LED1点亮 ACALL DELAY ;调用延时子程序 SETB P1.0 ;P1.0输出高电平,使LED1熄灭 CLR P1.1 ;P1.1输出低电平,使LED2点亮 ACALL DELAY ;调用延时子程序 SETB P1.1 ;P1.1输出高电平,使LED2熄灭 CLR P1.2 ;P1.2输出低电平,使LED3点亮 ACALL DELAY ;调用延时子程序 SETB P1.2 ;P1.2输出高电平,使LED3熄灭 CLR P1.3 ;P1.3输出低电平,使LED4点亮 ACALL DELAY ;调用延时子程序 SETB P1.3 ;P1.3输出高电平,使LED4熄灭 CLR P1.4 ;P1.4输出低电平,使LED5点亮 ACALL DELAY ;调用延时子程序 数字电子技术课程设计 简易交通灯控制逻辑电路设计 专业班级:09自动化一班 时间:2011.12.12-2011.12.19 姓名: 指导教师: :郭计云 大同大学电气工程系 目录 一、课程题目 (2) 二、设计要求 (2) 三、系统框图及说明 (2) 四、单元电路设计 (4) 五、仿真过程与效果分析 (12) 六、体会总结 (13) 七、参考文献 (13) 《一》课程设计题目： 交通灯控制电路设计 《二》设计要求： 1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，主干道每次通行时间都设为30秒、支干道每次通行时间为20秒，时间可设置修改。 2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道； 3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。 4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。 5、同步设置人行横道红、绿灯指示。 《三》系统框图及说明： 1、分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理框图如图1-1 所示。它主要由计时电路、主控电路、信号 灯转换器和脉冲信号发生器组成。脉冲信号发生器用的是555 定时器；计时计数器是由74LS160 来完成、输出四组驱动信号T0 和T3 经信号灯转换器(4 片7448)来控制信号灯工作，主控电路是系统的主要部分，由它控制信号灯转换器的工作。 （图1-1）2、信号灯转换器 状态与车道运行状态如下：S0：支干道车道的绿灯亮，车道通行，人行道禁止通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行 S1：支干道车道的黄灯亮，车道缓行，人行道禁止通行；主干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行 S2：支干道车道的红灯亮，车道禁止通行，人行道通行；主干道车道的绿灯亮，车道 电子工程学院课外学分申请书题目:数字电路流水灯设计 班级：***** 姓名：****** 学号：***** 专业：自动化 实验室：开放实验室 设计时间：2013年3月10日——2013年6月30日审批意见：指导老师：***** 1.数字电路流水灯设计方案 1.1采用555定时器接成的多谐振荡器。 555定时器是多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器，使用灵活，方便。555定时器在波形产生和交换，测量与控制中应用广泛成熟准确 。 1.2 采用三极管多谐振荡器 三极管多谐振荡器是一种矩形脉冲产生电路，这种电路不需外加触发信号，便能产生一定频率和一定宽度的矩形脉冲，常用作脉冲信号源。由于矩形波中含有丰富的多次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器工作时，电路的输出在高、低电平间不停地翻转，没有稳定的状态，所以又称为无稳态触发器。 1.3方案比较 555定时器接成的多谐振荡器产生的时钟信号驱动能力较强，555通过改变R和C的参数就可以改变振荡频率，电路参数容易确定，使用简单，信号稳定，调试方便，而三极管多谐振荡器，不易调试，输出信号驱动能力不强且信号不够稳定，故选用555定时器接成的多谐振荡器作为系统的时钟源。 2.基本原理 本次项目中使用1片4位同步二进制计数器74LS161，其Q0,Q1,Q2脚输出三位二进制顺序脉冲000-001-010-011-100-101-110-111，时钟源为555定时器的输出方波。 与Q0,Q1,Q2相连接的是一片38译码器74LS138的A0，A1，A2引脚，Y0—Y7依次输出负脉冲。其是引脚输入脉冲为时钟源为555定时器的输出方波经一片74LS14反相器反相后的时钟脉冲，其74LS138真值表如下： 8个LED以共阳接法分别接于Y0—Y7，依次点亮，其亮灭频率由555定时器产生的时钟频率为准。 3 电路图 目录 1 选题背景 (2) 1．1 指导思想 (2) 1．2 方案论证 (2) 1．3 基本设计任务 (3) 1.4 发挥设计任务 (4) 1．5电路特点 (4) 2电路设计 (4) 2.2 工作原理 (4) 3 各部分电路的仿真 (8) 4电路设计实物的焊接与调试 (9) 4.1调试时使用的仪器与仪表 (9) 4.2电路板上实物的焊接与调试 (9) 4.3 电路调试的过程。 (9) 5 小结 (9) 6 设计体会及改进意见 (10) 6.1 体会 (10) 6.2 本方案特点及存在问题 (10) 6.3改进意见 (10) 参考文献 (11) 附录Ⅰ 附录Ⅱ 正文 1 选题背景 在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。 自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。 1．1指导思想 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三种定时信号，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，分别产生三种倒计时时间显示，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。 1．2 方案论证 在本次任务中我设计了两个方案，方案框图分别为下图1—1和1—2 图1—1 设计方案一原理框图 题目：红绿灯控制器 指导教师：莫琳 设计人员（学号）：谭晨曦（1107200144）班级：电信类111班 日期：2013年5月25日 目录一．设计任务书 二．设计框图及整机概述 三．各单元电路的设计方案及原理说明 四．调试过程及结果分析 五．设计、安装及调试中的体会 六．对本次课程设计的意见及建议 七．附录（包括：整机逻辑电路图和元器件清单） 一、设计任务书 基本设计要求：EWB仿真实现，设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能： （1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。. （2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。 （3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。 (4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。 要求有时间显示的（顺数、逆数皆可）时间自定(按学号：红灯时间（学号）=绿灯时间+黄灯时间（≥5）。 二．设计框图及整机概述 设计框图： 电源计数器数码显示 脉冲控制红绿灯 红绿灯控制器设计框图 整机概述： 红绿灯控制器由电源模块、脉冲模块、计数模块、控制模块、红绿灯模块以及数码显示模块共六部分组成。电源模块为整机提供电源；脉冲模块提供给计数器作为时钟信号；计数模块为44进制计数器，分别输出到数码显示模块和控制模块作为数码显示信号和控制信号；数码显示模块接收来自计数器模块的信号，表明计数器工作状态；控制模块接收计数器模块输出的控制信号从而控制红绿灯的亮灭；红绿灯模块的亮灭情况见设计任务书。 三、各单元电路的设计方案及原理说明 电源模块：外接，略。 脉冲模块：外接，略。 计数模块： 计数模块内两个计数器（74LS160）CLK外接时钟脉冲信号，A、B、C、D接地，LOAD接高电平。低位计数器（左）的进位信号通过RCO输送至高位计数器（右），使高位计数器仅在有进位时工作。因为我的学号为44，按照任务书要求，再通过将两个计数器的Q c分别接至与非门，以与非门的输出信号作为两个计数器的置零信号，至此，一个四十四进制计数器完成。 控制模块： 控制模块根据以下设计表格，通过四进制计数表示四个时间段内灯的亮灭情况从而控制红绿灯模块，以计数器模块输出的控制信号作为脉冲输入。 控制输出端东西方向南北方向 Q B Q A红黄绿红黄绿 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0数字电路课程设计交通灯
流水灯设计报告
交通灯控制逻辑电路设计实验报告
NE555 流水灯
电子科技大学 数字逻辑课程设计——流水灯的实现
交通灯实验报告——数字电路
单片机c语言编程控制流水灯
用单片机控制的LED流水灯设计(电路、程序全部给出)讲课教案
数字电路交通灯设计说明
流水灯电路的制作
数字电路流水灯设计
数字系统课程设计-交通灯-实验报告
流水灯电路
流水灯电路图和程序
交通灯控制电路设计数电课程设计+数字电路课程设计
数字电路流水灯设计书
根据数字电子技术的交通灯设计
数字逻辑电路红绿灯课程设计实验报告