数字电路课程设计——交通灯实验报告

一、课程设计题目

交通灯控制系统设计

二、设计的任务和要求

1）在严格具有主、支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。

要求：在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯；顺序无要求；

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。红（主：R,支：r）绿（主：G，支：g）黄（主：Y，支：y）三种颜色灯，由四种状态自动循环构成（Gr→Yr→Rg→Ry）;并要求不同状态历时分别为：Gr:30秒，Rg:20秒，Yr,Ry:5秒。

三、系统总体设计方案及系统框图

方案一：芯片设计

（1）芯片功能及分配

交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器、数码管和秒脉冲信号发生器等器件组成。秒脉冲发生器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，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。

1）系统的计时器是由74LS161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块74LS161级联组成.74LS161是4位二进制同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能。

2）系统的主控制电路是由74LS74组成，它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态。

3)系统的译码器部分是由一块74LS48组成，它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态。整个设计共由以上三部分组成。

（2）设计原理：

1)总体方案如图：

2）各单元电路的设计：

1. 秒脉冲信号发生器

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秒脉冲，电路图如下图所示：

2.主控制电路

D1=Q1/Q2+/Q1Q2(/表示取非) D2=/Q2 CLK=CO2 CLR和PR均置1.主控制电路可产生00---->01---->10---->11----00控制信号。

3.红绿灯显示电路

电路图如图：

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，限于实验室器材只提供74LS161.因要以十进制输出，且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。故计数器能够完成计时功能。因而采用两个74LS161级联完成计时器状态产生模块设计。

设计思路：

(1)实现所需模值

将74LS161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，故在设计不同模值计数器确定有效状态时，要以0000，0001-----1111这些状态中靠后的状态为有效状态。我采用异步置数法完成不同模值转化的实现。

a)实现模5的倒计时

有效状态1011—1100—1101—1110—1111 取非即为 0100—0011—0010—0001—0000 即 4------3-------2--------1---------0

b)实现模9的倒计时

有效状态0110—0111—1000—......—1111

取非即为 1001—1000—0111—0110—......---0000 即 9---8---7---6---5---4---3---2---1---0

（2）对控制个位输出的74LS161设计

本人利用系统的状态量Q1,Q2控制74LS161的置数端D0D1D2D3。当系统处在Gr 或Rg 状态时，个位的进制是十（模10），即逢十进一，当系统处在Yr 或Ry 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0110，0111，1000，-----1111

，置D3D2D1D0为0110，模5时有效状态为1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D 为1011，由此有，

（3）所用的器件：

74LS161 2块

74LS04 2块

74LS48 2块

74LS08 1块

74LS32 1块

555 1块

74LS74 1块

七段显示译码器 2块

发光二极管红、绿、黄各两个，电阻，电容

（4）电路连接步骤

1、按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。

2、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。

3、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。

4、改进布线，力求精简。

（5）电路组装中发生的问题及解决方案

刚开始用的电路板因用时间较长，插上芯片后均需按住芯片才能工作。这样造成芯片管脚接触极为不良。以致问题很多。最终更换了一个新的面包板。

出现以下问题：

1、秒脉冲信号发生电路是否产生脉冲

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，

刚开始555芯片通电后，电压总是被拉低，（即将3.6V电压拉至3.1V）采取的措施是：检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，均正确时更换了芯片。且检查了电路板。，最终此问题至今未搞懂。但过了些时间，自动正确。

2、数码管不能正常显示

数码管显示乱码，我检查了译码芯片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。如果数码管中某些段一直不亮，那就检查数码管是否已坏，更换一个数码管。

3、交通灯不显示或不按仿真的状态显示：

检查二极管是否能发光，确保二极管接线处良好后，检查了接线按照状态方程连接。经检查正确，故一步一步往控制电路74LS74处检查。还正确。最终检查了74LS161有问题，更换后电路正确。

七、所选方案的总电路图