数电课程设计

西安邮电学院。

数字电路课程设计报告书。

—交通灯控制器。

一．课程设计题目：红绿灯交通信号系统。

二．任务和要求。

红绿灯交通信号系统外观示意图如下图所示：

1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。

2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间是20s，另一个方向上绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的的时间都是5s。

3．选做：当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向常通行，倒计时停止。当特殊情况结束后，按下自动控制开关，恢复正常状态。

4．选做：用两组数码管，实现双向倒计时显示。

三：总体方案的选择。

交通灯控制系统设计方案很多，可以用中小规模器件实现，也可用大规模器件或可编程逻辑器件、单片机实现，此设计采用中小规模器件实现。交通灯控制系统可大体分为：时钟产生电路、主控制电路、计时控制电路和交通信号显示电路。

其系统框图如下图一。时钟产生电路是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源。译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路驱动信号灯工作。

控制器是系统的主要部分，由它控制其他电路之间的协调工作。

脉冲发生器是由一片ne555配合外围电路组成，它能够输出频率为1hz的高低电平脉冲，提供给倒计时控制系统。

主控制系统是主要由一片74ls161组成，该部分控制倒计时的控制系统，并接收倒计时控制部分的反馈，同时主控制系统将控制信号灯与倒计时同步，是整个系统的核心部分。

倒计时控制系统主要由2片74ls161以及非门、与非门电路组成，该部分接受主控制系统的控制，并根据脉冲的电平变化将信号输入到倒计时显示系统，同时该部分将信息反馈至主控制系统，从而实现计时的变化。

倒计时显示系统主要由2个数码管，2片74ls48组成。74ls48将倒计时控制部分输入过来的信号进行译码，再将信号输送至数码管，实现显示功能。

红绿信号灯显示系统主要由主控制系统、状态译码器（74ls只发光二极管以非门逻辑门电路组成，根据主控制系统发出的信号变化，对应控制发光二极管的亮灭。

四：单元电路的设计。

1、脉冲发生电路：

主要是通过555芯片设计一个能产生频率为1hz的脉冲电路，正确的把4.7k和150k的电阻以及0.1uf的电容和4.

7uf的电容接入电路中产生1hz的连续脉冲。脉冲产生电路图如下：

2、主控制系统。

利用一片161来实现主电路的控制功能，主要是通过给161的4个输入端置数为0000，从而使它的输出端qbqa=00-01-10-11四个状态的变化来实现交通灯4种状态的变化，而且在通过倒计时电路反馈回来的高电平才能使它的状态发生一次变化，而且它的每一个状态的变化都能够控制倒计时电路的变化和红绿灯显示的变化，即把161设计成一个模4的计数器作为主控制电路部分。电路图如下：

3、倒计时控制系统。

设计倒计时控制系统电路用2片161来实现的，实验要求维持的状态的时间不同，而且用十进制显示出来。

在设计第一个状态（s0）的时候要求计时30s,而且是从29到0秒的计时，所以两片161，其中一片作为高位片，另一片作为低位片。高位片从2－0，地位片从9－0的倒计时。这时第一个状态高位片的dcba=1101，地位片的dcba＝0110。

第二个状态(s1)是主干道的黄灯计时5秒，从4－0。这时高位片的dcba=1111，地位片的dcba＝1011。

第三个状态(s2)是支干道的绿灯计时为20秒，从19－0。这时高位片的dcba=1110,地位片的dcba=0110。

第四个状态(s3)是支干道的黄灯计时为5秒，从4－0。这时高位片的dcba=1111，地位片的dcba＝1011

将上述分析列入下表：

由上表分析得：高位片的d、c端都接高电平，地位片的b端接高电平，高位片的b= qb+qa，a=/(qb/qa)；地位片的d=a=/b=qa，这样即可完成置数。再将低位片的clk端，连接555的3号管脚输出的脉冲，一秒钟变化一次。

低位片的co端每进位一次输出1，经过取反之后连接到load端和高位片的clk端。因此，每当低位数码管显示为0时，高位数码管才发生变化。高位片co端在进位为1时，也经过取反，连接到高位片的load端，即可完成倒计时控制系统的设计。

设计电路如下：

4、倒计时显示系统。

倒计时显示系统由两片74ls48以及两个数码管来连接实现，把74ls48输出端与数码管的7个管脚对应连接起来，然后把数码管在与地连接来防止被烧坏，其中倒计时电路的输出端与74ls48通过几个非门连接起来，另外把74ls48的bi/rbo,rbi,lt都接为高电平，这样数码管就能正常的显示了。设计电路如下：

5、红绿信号灯显示系统。

红绿信号灯要能够根据数码管的倒计时实现保持和实时变灯，将主干道的红、黄、绿灯分别编号：r、y、g；支干道的红、黄、绿灯分别编号：r，y，g。

列出6只灯的状态与四个分段的状态以及139的输出端的真值表：

根据上表可以写出6只发光二极管的连接表达式：

r=/qb y=y1 g=y0 r=qb y=y3 g=y2

设计电路如下：

附：使用元件数如下表：

五．画总体电路图。

六、电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法。

本次课程设计中，在电路设计好的情况下**成功后电路组装方面基本上无任何问题，但在调试过程**现了各种情况，例如倒计时20变19时会出现10这个状态，分析原因后，只需给时钟信号取非送给161的clk端就可以解决问题了。

七。心得体会及分析

本次课程设计历时两周，我从收集资料，了解各种芯片的性能，到组合各种芯片和元器件设计电路，**；**成功后，再根据自己设计的电路图，在面包板上将元器件布局，并连线；在连接好后，上电调试，最终完全实现所有的功能。在设计电路时，最为复杂的就是主控电路和倒计时控制电路的设计，连接和反馈，尤其是load端和clk端的接法，十分的巧妙。我通过分析所要实现的功能，再落实到每个芯片上，经过对芯片功能的分析，则可以找到解决问题的办法。

在这两周里，我首先是非常熟练的掌握了所使用的每个元器件的性能与用法，其次是能够熟练运用列真值表找出连接方式的方法，再有则是元器件的布件和连线，这一方面要做到布件合理，连线美观并非易事，有好几次是已经连好，由于不合理又拆掉重来。最后是，通过动手，锻炼了动手的能力，和使用万用表发现故障，找出解决问题的途径，这也是今后在做同类设计时十分重要的经验。

八、参考文献。

数字电路逻辑设计》（第二版）王毓银著高等教育出版社。

数字逻辑课程设计》师亚莉戢小亮著西安邮电学院电子工程学院西安邮电学院通信工程系课程设计过程考核表。

西安邮电学院通信工程系课程设计成绩鉴定表。

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