单片机交通灯控制器.doc
中南林业科技大学涉外学院实习报告名称：交通灯控制器姓名：李华专业班级：2009级电信2班时间：2011/9/27地点：林科大涉外学院目录一，任务和性能指标二，设计方案三，系统设计四，调试及性能分析五，相关知识概叙六，心得体会一，任务和性能指标本电路的任务是设计一个交通灯控制器。而她的性能必达到如下目的；（1） 一个周期64秒，平均分配，前32秒红灯亮，后32秒绿灯亮；（2） 在红灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2；（3） 在绿灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2；（4） 在黄灯闪烁期间，数码管同时倒计时显示，在此期间以外，数码管不亮。二，设计方案 为了完成交通灯控制电路的设计，方案如下： 一个脉冲信号发生器，一个二进制加法计数器，一个十进制减法计数器。红灯与绿灯以及黄灯是否亮由二进制加法计数器的输出端状态决定。因此，设计一个组合逻辑电路，输入是二进制加法计数器的输出信号，输出是发光二极管的控制信号。因此需要一个组合逻辑电路，六个发光二级管电路，一个数码管显示电路。其结构如下图： 其脉冲信号发生器由555构成，二进制加法计数器由七位二进制加法计数器构成，十进制减法计数器由74LS193可逆可预置十进制计数器构成，驱动器选用74LS48。三，系统设计（一） ，输入电路 输入电路图如下所示。开始时，三极管由于去基极输入为低电平，是截止的，电源通过2个电阻队电容充电，2,6脚电位开始上升，当上升到2VCC/3时，电路状态发生翻转，内部泄放三极管由于其基极输入为高电平，所以饱和导通，电容器通过R1放电。2,4脚电位开始下降，直至降到VCC/3，电路状态再次发生翻转，内部泄放三极管截止，电源再次队电容器充电。这样周而复始，输出连续的矩形波信号。 理论可以推导出振荡器的频率：f=1.43/|(2R1+R2)CR=(R1+R2)/(2R1+R2)（二） ，组合逻辑电路 本电路中的组合逻辑电路的输入信号为二进制计数器的输出信号Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2，设计2信号的频率为1，而输出应为6个表示路口交通灯信号的发光二级管（一方为红绿黄灯DR1，DG1，DY1；另一方红绿黄灯DR2，DG2，DY2）的控制信号，分别用LR1，LG1，LY1和LR2，LG2LY2表示，但注意到DR1和DG2的状态相同，DG1和DR2的状态相同，DY1和DY2DE 状态相同，所以实际上只要3个输出信号即可，分别用L1，L2L3表示。 组合逻辑电路的输出信号L1，L2，L3与电路的输入信号Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2的关系用如下真值表表示： 编号 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 L1 L2 L3说明0-15 0 0 X X X X1 0 0红1绿2亮16-23 0 1 0 X X X1 0 0红1绿2亮24-31 0 1 1 X X X1 0 1红1绿2黄12良32-47 1 0 X X X X0 1 0红2绿1亮48-55 1 1 0 X X X0 1 0红2绿1亮56-63 1 1 1 X X X0 1 1红2绿1黄12亮从以上可知： L1 = Q7'，而要低电平有效，L1'=Q7'' L2 = Q7， 而要低电平有效，L2'=Q7' L3 = Q6 Q5 = (Q6Q5)'考虑到黄灯需要闪烁，可以让L3信号和Q1信号加到一个而输入的与非门的2个输入端，输入信号为L4， L4 =(L3*Q1)'当L3为0时，L4=1当L3为1时，L4=Q1' 可见，需要L4低电平有效，这样L3为0时，黄灯不亮，L3为1时，黄灯闪烁。 有意思讨论可知，需要2个为输入的与非门，3个非门，为了节约器材，3个非门中的非门用与非门实现，另一个用三极管实现，这样正好可以用芯片74LS00，一个三极管构成的非门。（三），数码管显示电路 数码显示电路如上图所示，他由芯片74LS193， 七段数码器和74LS48组成，根据实验要求预置数为，所以74LS193的计数器预置数输入端：P3=1，接高电平，P0=P1=P2=0，接低电平。74LS48的16脚接电源+5v，8脚接地。DCBA为8421BCD码管数据输入端，D为最高位，A为最低位。abcdefg为7个输出端，分别接四线-七段译码器的7个输入端abcdefg，所接数码管必须是共阴极。 黄灯不亮时，即L3=0时，计数器需要处于预置数状态，即PL=0。黄灯亮，即L3=1时，计数器需要处于技术状态，即PL=1。可见，PL=L3 。黄灯亮时，Q3，Q2，Q1，Q0的输出由1000,0111.0110，0100,0011,0010,0001,0000一次变化，数码显示管数字同时由8一次递减至0。四，调试及性能分析经过观察所焊接电路板正常，将+5V的直流电源接入J1口。经观察红绿黄灯的显示如下： 一个周期64秒，前32秒红灯亮，后32秒绿灯亮；在红灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2；在绿灯亮的期间的后8秒黄灯闪烁闪烁频率为2；黄灯闪烁期间，数码管能同时倒计时显示。实验结果一切正常 ，实验成果。五，相关知识概叙（一） 电阻的识别和焊接技巧： 黑（0） 棕（1）红（2）橙（3）黄（4）绿（5）蓝（6）紫（7）灰（8）白（9）。不同颜色对应相应数值。先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。棕色环是否是误差标志的判别。 棕色环既常用做误差环，又常作为有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别 焊接技巧：焊接时利用烙铁头对元件引线和焊盘预热，烙铁头与焊盘的平面最好成45度角，等待焊金属上升至焊接温度时，再加焊锡丝。被焊金属未经预热，而是直接把焊锡加在烙铁头上，这容易导致虚焊。在焊接前先将氧化的金属烙铁头刮亮后加热上锡，在使用完后断电之前也要再次上锡防止烙铁头氧化。（二）555定时器： 555定时器是一块常用的集成电路，电路符号如左图 ，8为电源端VCC，1为公共端GND。所加电源电压范围：4.5VVCC18V，内部电路原理图如上面右图所示，内部有三个相同的分压电阻，每个电阻上的电压为1/3VCC。两个比较器C1和C2，C1的比较电压为2/3VCC，C2的比较电压为1/3VCC，当比较电压“+”端电压大于比较器“”端电压是，比较器输出高电平（其状态用1表示），当比较器“+”端电压低于比较器“”端=电压是，比较器输出电平（其状态用0表示）。G1，G2两个与单脉冲发生器，本电路中的单脉冲发生器直接利用实验板上的单脉冲发生器。非门构成基本RS触发器，G3为输出缓冲反相器，起整形和提高带负载能力的作用。T为泄放三极管，为外接电容提供冲放电回路。利用555定时器设计电路时，主要是考虑如何让2和6的电位发生变化（外接信号或利用电容的充放电过程实现）而让定时器的输出状态发生变化，而设计成各种具有不同功能的电路。实际555器件有小圆点对应的脚为1脚，逆时针方向依次为2,3,4,5,6,7,8号脚（三） 七位二进制计数器4024： 七位二进制计数器4024各脚功能如图所示，14脚为电源端，所接电源电压范围：+3V- +15V,7脚接地GND。2脚为复位端（清零端），高电平有效。1脚为脉冲信号输入端，下降沿有效，Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1是七个数据输出端，Q7为最高位，Q1为最低位。当输入脉冲信号后，计数器输出端的状态变化：-。（四） 可预置十进制减法计数器74LS193： 74LS193外形结构为DIP16，其中（8）脚接GND，（16）脚接+5V电源。1 CU-加计数脉冲信号输入端。2 CD-减计数脉冲信号输入端。33 Q3，Q2，Q1，Q0计数器数据输出端。Q3为最高位，Q0为最低位。4 P3，P2，P1，P0-计数器预置数输入端每当计数器处于预置数状态时，通过该输入端预置数，此时Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0。5 MR-复位信号输入端，上升沿有效，即当MR从0跳到1时，计数器复位，此时Q3Q2Q1Q0=0000。当MR=0时，计数器处于计数状态。6 PL-预置数功能控制端，低电平有效，当PL=0时，计数器处于预置数状态，当PL=1时，计数器处于计数状态。7 TCU-加计数进位信号输出端。8 TCD-减计数借位信号输出端。(五）四线-七段译码器74LS48： LT为灯测试输入端，低电平有效，即当此灯为低电平且BI/RBO为高电平输出全为高电平，数码管内所有发光二极管全亮。BI/RBO消隐输入/脉冲消隐输出，只要此端为低电平，输出全为低电平，数码管内所有发光二极管全不亮。RBI;脉冲消隐输入端，低电平有效。当此端为低电平ABCD也同时为低电平时，输出全为低电平，数码管内所有发光二极管全不亮。 从以上结果知道，要让数码管正常显示0-9,3,4,5脚都要接高电平。要让数码管显示1-9而不是0，则3接高电平，5接低电平，4悬空（电源通过电阻接4）。六，心得体会1，理论知识与实际操作的差异：就拿焊接来说，理论上明明已经知道应该用什么样姿势，从哪焊接，怎么样才能避免虚焊，但实际做起来很难，焊接时犹豫不决，导致原件温度过高；烙铁一开过快，造成虚焊.2，了解许多以前不懂的知识，比如电阻的识别。同时意识到实践不是理论上知识就能弥补的，他必须通过自己的实际操作，不停的自己摸索，才能逐渐上手。同时基础的重要性得到充分体现，没有一个牢固的基础，看试简单的东西，做起来往往存在很多漏洞。任何一个细节都值得我们反复推敲，反复实践才能得到答案。参考文献（1）童诗白 华成英 模拟电子技术基础：第四章第六章，第七章.第四版.高等教育出版社，2006年（2）阎石数字电子技术基础.第五版 高等教育出版社 2006年附：元器件表编号规格编号规格编号规格编号规格编号规格R151KR7510U24024LED红J1接口R22MR8510U374LS00LED绿R310KR9510U474LS193LED绿R4510C1103U574LS48LED黄R5510C2104DS1数码管LED黄R6510U1555LED红Q9013
