交通灯控制电路设计与制作.doc

目录摘要I1 方案设计与选择11.1方案一原理设计11.2方案二原理设计22 单元电路设计42.1 秒脉冲信号发生器42.2 五进制计数器52.3 移位寄存器72.3 信号灯控制132.3.1 红灯信号控制132.3.2 绿灯信号控制132.3.3 黄灯信号控制133 元器件清单144 制作及调试154.1 制作154.2 调试154.3 调试过程中发现的问题及解决16结束语17参考文献18- 19 -交通灯控制电路设计与制作1 方案设计与选择 要求设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙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25秒，黄灯先亮5秒，才能变换运行车道，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。根据要求要用到1Hz时钟脉冲源，可用555定时器来实现，还要用到计数器，逻辑门等器件来实现。1.1方案一原理设计交通灯控制原理图1如下图1-1所示：555定时 器计数器实现五进制移位寄存器甲车道信号灯乙车道信号灯 图1-1 交通灯控制原理图1首先用NE555定时器产生1Hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74LS161构成五进制计数器，每五秒自动清零，同时给74LS164移位寄存器一个脉冲信号，使寄存器移位，然后通过74LS164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒的循环控制，分别使对应的黄灯，绿灯，红灯亮。最后用黄灯信号和秒冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一次。交通灯控制电路图1如下图1-2所示： 图1-2 交通灯控制电路图11.2方案二原理设计交通灯控制原理图2如下图1-3所示：秒脉冲发生 器控制器译码器信号灯0.2Hz1Hz 图1-3 交通灯控制原理图2 用两片NE555定时器分别产生0.2Hz和1Hz的脉冲信号，0.2Hz的信号给74LS161计数器，实现5秒触发一次，74LS161构成十进制循环计数，然后接7442四线-十线译码器对计数器的信号进行译码，信号通过非门，与非门的组合后接到适当的交通灯上。1Hz的脉冲信号与黄灯信号逻辑与，实现每秒闪烁一次。交通灯控制电路图2如下图1-4所示： 图1-4 交通灯控制电路图2 现在选择第一种方案来实现交通灯控制电路。2 单元电路设计2.1 秒脉冲信号发生器时钟信号产生电路主要由NE555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号，电路图如下图2-1所示： 图2-1 秒脉冲发生电路 (2-1)(2-2)所以时间周期就是：T=C=1s 图2-2 NE555管脚图2.2 五进制计数器要实现五进制计数，用74LS161四位二进制同步加法计数器，该计数器能同步并行预置数据，具有清零置数，计数和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。它的管脚排列如图2-3所示： 图2-3 74LS161管脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET) 下图为74LS161的功能表： 表2-1 74LS161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。所以可以利用一片74LS161实现五进制加计数，将CR=LD=EP=ET=“1”，D3,D2,D1,D0接地，二进制的五为（0101），故将Q2,Q0连到同一与非门后接CR清零端，每五个脉冲清一次零，实现五进制加计数器。电路连接图如下图所示： 图2-4 五进制计数器电路图2.3 移位寄存器74LS164为8位移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态。引出端符号 CLOCK 时钟输入端 CLEAR 同步清除输入端（低电平有效） A，B 串行数据输入端 QAQH 输出端 逻辑及封装图图2-5 74LS164封装图 图2-6 74LS164逻辑图74LS164管脚图 图2-7 74LS164管脚图真值表 表2-2 74LS164真值表H高电平 L低电平 X任意电平低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 规定的稳态条件建立前的电平QAn,QGn 时钟最近的前的电平极限值电源电压： 7V 输入电压： 5.5V 工作环境温度74164： -070 储存温度： -65150时序图 图2-8 74LS164时序图 表2-3 推荐工作条件推荐工作条件: 54/74164 单位 最小 额定 最大 电源电压VCC 54 4.5 5 5.5 V 74 4.75 5 5.25 输入高电平电压ViH 2 V 输入低电平电压ViL 0.8 V 输出高电平电流IOH -400 uA 输出低电平电流IOL 8 mA 时钟频率fCP 0 25 MHz 脉冲宽度TW CLOCK，CLEAR 20 ns 建立时间 tset 25 ns 保持时间tH 5 ns 采用74LS164八位移位寄存器可以实现对黄灯5秒的控制，绿灯20秒的控制和红灯25秒的控制。用74LS161的清零信号作为74LS164的触发信号，用10脚即Qe来控制串行输入的信号，其局部电路图如下： 图2-9 74LS164连接电路图2.3 信号灯控制2.3.1 红灯信号控制南北向的红灯直接与Qe相连，则东西向的红灯正好相反，先将Qe取非，然后接东西向红灯。2.3.2 绿灯信号控制东西向的绿灯信号通过Qe，Qd相与获得，南北向的绿灯信号则要Qe，Qd先分别取非，然后再相与获得。2.3.3 黄灯信号控制黄灯信号的获得比绿灯，红灯稍复杂，东西向的黄灯信号通过Qd取非与Qe相与获得，要使其每秒闪烁一次，用其与1Hz时钟脉冲相与即可。南北向的黄灯信号则通过Qe取非与Qd相与，再和1Hz时钟脉冲相与即可。 图2-10 交通灯信号控制电路3 元器件清单所要用到的器件：NE555定时器，74LS164，74LS161，二输入与非门，非门，三输入与门；红黄绿发光二极管各两个，电阻R1，R2，电容C1，C2，导线若干。元器件清单如下表： 表3-1 交通灯控制设计元器件清单元件序号型号主要参数数量备注1NE5551脉冲发生器274LS1641移位寄存器374LS081二输入与门474LS041六非门574LS111三输入与门674LS1611计数器7LED6红黄绿各两个8C110uF19C20.01uF110R143k111R250k14 制作及调试4.1 制作 图4-1 总体电路图按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦。4.2 调试整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同。如有出入，仔细检测电路，查出问题所在。这样不断调试，直到达到预期结果。首先对时钟信号脉冲源进行调试，看是否产生1Hz时钟信号，把万用表调到20V电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，高电平大于3V，低电平小于0.4V。如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题。 再对五进制计数器进行测试，看是否为五进制计数，测试结果确为五进制计数，然后测试移位寄存器的工作是否正常，最后检验信号灯是否达到预期目标，若是没有按预期的工作，检查逻辑门是否正常工作，导线是否连接到位。进过不断调试后，交通灯控制电路达到了预期的全部功能。4.3 调试过程中发现的问题及解决调试过程中难免发现一些问题：（1）74LS161无法正常工作 74LS161加电源后无法正常工作，经过调试发现时电压源的问题，74LS161的电压不宜超过3.5V，不然无法正常计数。（2）绿灯不亮 经检查发现是因为74LS08二输入与非门没有接地导致。 调试过程中虽然发现了很多问题，不过经过检查一一解决。结束语心得与体会：1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择，并实现的电路的仿真。这个方案总共使用了74LS161，74LS164，74LS04，74LS08，74LS11，NE555定时器各一个。2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。4、平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。5、在实现部分电路功能时，要做到模块化操作，做好一个模块再进行下一个模块的连接，这样能提高很高的效率，减少很多麻烦。在检测电路的时候，要针对现象进行分析，估计是什么地方的错误，不能没有目的的盲目检测，还要选择合适的检测仪器。检测中还要学会正确使用万用表中的一些功能6、在实际的连接中，还要注意一些连接顺序，要先连接振荡电路，测试无误后方可连接其他。所有的二极管都要接限流电阻。7、所有器件的多余输入不能悬空，做合适的处理。有些不高不低的电平信号，会造成逻辑上的错误，导致无法检测出电路的问题所在。8、实际操作中有很多的问题值得我们注意，在解决的同时又会掌握不少实际应用的能力。设计中还要有一些科学的习惯，力求设计的精简，和分析处理问题的准确性。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，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。参考文献【1】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 高等教育出版社【2】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 高等教育出版社【3】通用电子元器件的选用与检测 王昊 李昕 郑凤翼 编著 电子工业出版社【4】CMOS集成电路原理与应用 杜怀昌 编著 国防工业出版社【5】常用电子元器件及典型芯片应用技术 刘法治 等编著 机械工业出版社附录元件名细表： 附表1 元件名细表元件序号型号主要参数数量备注1NE5551脉冲发生器274LS1641移位寄存器374LS081二输入与门474LS041六非门574LS111三输入与门674LS1611计数器7LED6红黄绿各两个8C110uF19C20.01uF110R143k111R250k1