数电设计

西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——交通灯控制器
系部名称通信工程系
学生姓名薛佳佳(11)
专业名称通信工程
班级通工0503班
时间07年12月10日至07年12月21日
一、任务要求
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，黄红，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。

二、总体方案
交通灯控制系统可分为：时钟产生电路，状态产生电路，交通信号显示电路和时间信号产生电路。

外部硬件电路包括两组红绿黄灯（配合十字路口的双向指挥控制），一组自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用），倒计时显示器（显示允许通行或禁止通行时间）。

交通灯框图
设计原理：时钟信号产生电路主要由555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。

这些信号通过时间显示电路转化成时间信号，在通过数码管显示时间。

同时这些信号通过交通灯显示电路转化成6个独立的交通灯信号，用二极管代替交通灯，实现红绿黄灯之间的转换。

其中主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。

根据设计主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74LS161级联实现，U1代表低位芯片，U2代表高位芯片，取反码容易实现后面的时间显示代码，以进行倒计时，其真值表如图所示。

U2D3C2B1A0，U1d3c2b1a0分别为7LS161高、低位输入信号.“0”为低电平，“1”为高电平，二极管在高电平的时发光，低电平的时不发光。

用G表示主干道的绿灯，Y表示主干道的黄灯，R表示主干道的红灯，用g表示次干道的绿灯，y表示此干道的黄灯，r表示次干道的红灯,则灯的表达式为：
_ _ _ _ _ _ G=Q2 Q1 , Y=Q2Q1,R=Q2,g=Q2Q1,y=Q2 Q1,r =Q2 ，d=Y+y,c=d,b=0,a=d
D=1,C=1,B=G,A=g
三、单元电路的设计：
1.秒脉冲信号发生器
产生稳定的“秒”脉冲（f =1Hz）,确保整个电路装置同步工作和实现定时控制。

由1个555定时器，1个0.01uF电容，1个4.7 uF电容，1个5.1kΩ电阻和1个150kΩ电阻。

其电路图如图所示：
2.控制器：
控制器是电路的核心部分，用74LS74作为控制器，让他直接控制交通灯，而灯的持续时间由控制器的脉冲来控制，由真值表可以知道控制器的脉冲是由计时器的计时状态决定的，如下图所示：
3.计时器：
根据设计，主干道绿灯显示30秒，黄灯显示5秒，支干道绿灯显示20秒，黄灯显示5秒。

主、支干道信号一次循环需要60个信号，所以用2个74LS161级联实现计时，仿真中只有163，所以如图所示：
4、译码器
由于我设计的是倒计时，所以在经过译码器之前必须用“非门”取其反码在经过译码器，这样七段显示译码器显示的将是倒计时，如下图所示：
5、用到器件：
该设计方案用的期间都限制在老师要求的范围内，而且用到的器件较少，设计简洁，主要功能全部实现，达到了节省高效的目的。

而且实际操作过程中比较简单，不容易出现连线错误。

7、该设计方案的缺点：
模块的独立性不好，一个受一个控制过于紧密，一个模块的错误可能导致其他错误。

设计的每种状态可以保持要求的时间，但并未设想得从29变道00，而是数码管显示00时，状态已经跳转，但这个通过改进可以克服这一弱点。

四、总体电路图
交通灯电路如图下所示：
五、关键电路波形图
六、调试过程中的问题
1、时钟信号产生电路连接后不知其是否正常工作。

把万用表调到5V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，大概在4.7V左右和0.3V左右两个数字变化。

2、状态产生电路工作不正常
首先检查芯片供电是否正常，其次检查是否有脉冲信号输入，然后检查级联是否正确，用低位片的进位端“RCO”接高位片的“ENT”“ENP”端，每个芯片的进位端“RCO”取反后接各自置入端“LOAD”，检查置入的数字是否正确，最后用万用表检查输出端电压是否有明显变化。

3、数码管不能正常显示
首先检查译码芯片74LS48是否接线正常，然后检查各针脚对应输出是否
正确，最后检查数码管接线是否正确。

4、数码管七段中某些段不亮
检查接线是否正确，对应针脚电压是否变化
七、分析总结
通过这两周的课程设计实习，使我感悟最深的是数字电路设计需要的是深厚的知识功底和严谨认真的科学态度。

只有对所有的器件（譬如芯片）有很好的了解之后才能去选择正确的器件设计电路。

好的电路设计不仅要求正确，而且是最简单的，对整体电路来讲是最简的，尽量在功能齐全的前提下减少器件的数量。

另外对于电路本身存在一个安全稳定性问题,所以在面包板上接线时，尽量用一根导线将输出和输入接通，因为导线中间每断一次都是电路的一个安全隐患。

当觉得电路设计方案没有问题时就可以在面包板上接线了，这期间不能马虎，一个管脚线接错都可能导致结果出不来。

在设计组装过程中最好是组装一个模块检查一个模块这样会使得电路能够完整，以便在以后的出错中能够迅速检查出错误的来源。

我在调试过程中发现红绿灯状态与时间显示的状态错位这一异常现象，经过调试，原来我是将两片74161的与接到主控电路触发器的时钟上，当需改变系统状态时，两与为1，出现一个上升沿，而触发器却是下降沿触发，所以红绿灯提前一个状态，当把两的与非接入触发器的时，系统正常。

最后，非常感谢在这过程中给我指导帮助的老师和同学！
八、参考文献
1.王锍银主编，数字电路逻辑设计，高等教育出版社
2.高书莉主编，数字系统设计，北京邮电学院出版社
西安邮电学院通信工程系电子设计过程考核表
西安邮电学院通信工程系电子设计成绩鉴定表。