电子设计交通信号灯控制系统.doc

PAGE 交通信号灯控制系统 1 设计目的 （1）熟悉集成电路的引脚安排。 （2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 （3）了解面包板结构及其接线方法。 （4）了解数字交通灯电路的组成及工作原理。 （5）熟悉数字交通灯电路的设计与制作。 2 设计思路 （1）设计出时钟发生器电路。 （2）设计可预置时间的计时电路。 （3）设计控制红、绿、黄三个计时器交替工作的控制电路。 （4）设计交通信号灯交替点亮的控制电路。 （5）设计出数码管倒计时的显示电路。 3 设计过程 方案论证 交通信号灯控制系统总体方框图如图1所示。 信号灯 信号灯 控制电路 数码显示管 数码管 电路 状态 控制电路 加和减法 计数器 计数器 控制电路 信号控制灯 译码控制电路 时钟信号发生器 图1 总体框图 （一）方案论证 1. 时钟发生电路设计 使用555芯片设计方波发生器，方波频率为1Hz。555芯片制作的发生器可调，而且精确度也能达到要求；不需要编程控制；价格便宜。 方波发生电路设计如图(1)所示：图一 图（1） 2. 计时电路设计 由于三个信号灯的点亮时间不同，我们设计了三组计时电路，分别记录三种信号灯点亮时间。在此一红灯为例说明我们设计的计时电路的工作特点。 我们选择了用两个可预置数的四位二进制加减计数器（74HC193）分别记录红灯点亮时间的个位和十位。具体电路如图（2）所示: 图(2) ：计数器电路设计 又由于三种信号灯需要交替点亮及三组计数器也需要交替工作，我们还设计了三组计数器的工作状态控制电路，在此我们利用了计数器的进位信号来作为状态的控制信号，控制三组计数器的工作状态，具体电路如图（3）所示: 图 (3) 计数器组工作状态控制电路 3. (1)信号灯状态控制电路设计 此模块电路我们采用的是可预置数的加减8进制计数器（74HC160）作为信号灯状态变化的控制电路。在这里，我们利用计数器电路模块中十位上的计数器的进位信号作为74HC160的时钟信号。同时，将74HC160设计成一个三进制计数器，再使用一个或非门构造成信号灯三种状态的变换。由于74系列芯片不能直接“线与”。为了使三个进位信号都能工作，我们选用了一个四输入与非门（74HC13）。具体电路如图4所示： 图(4)信号灯控制电路 (2) 数码管显示电路设计 在此模块电路中我们选用的是BCD—7段译码器（74LS48），由于在计数器电路模块中我们是将74HC193设计成了加法计数器，所以在此模块电路设计中，我们需要将其取反后再连接到译码器的输入端，具体电路设计如图(5)所示： 图(5)：数码管显示电路 (3)数码管控制电路设计 由于只需要一组数码管交替显示三种信号灯点亮的时间，所以我们需要一个控制数码管显示状态变换的电路。在这里我们选用的是CD4052（双四选一多路开关）。其地址信号我们利用的是计数器组工作状态控制电路中的输出信号。具体电路如图(6)所示： 图(5) 数码管控制电路设计 （二）1.protues仿真电路全图： 2.主要原器件清单 主要元器件 型号 数量 时钟发生器 555 1个 可预置数的四位二进制加减计数器 74HC193 6个 七段BCD译码器 74HC48 2个 七段数码管 共阴极 2个 JK触发器 4027 2个 双四选一多路开关 4052 6个 六反向器 74LS04 3个 四输入与非门 74HC13 1个 3.组装调试部分： 调试电路的方法和技巧： 首先，断电后进行通路测试，看各高低电平连接是否正常，是不是有虚焊。 接下来，对所连接电路与仿真图进行初步的对照，看是不是有链接错误。 随后通电对电路进行检查，看是否正常。如果不正常，对芯片进行每根引脚的检查，检查引脚高低电平时否与逻辑正常。 我的调试中出现的故障、原因及排除方法： 对于我的电路，开始我用万用表测555一直不出脉冲，所以我选择用函数信号发生器进行了对后面的测试。不过在当天晚上我就将555调试正常，原因在我将10μF电容反接了，随即更正。 我的电路开始循环显示不正常，我先对循环部分进行了检查，发现没问题。于是我去检查74LS48的显示电路，发现有一根输入我错误的链接了高电平，随即进行了修改。又通电试了下，发现循环正常，但是灯不亮。 随即，我对电路进行了与仿真详细的比对，用了我一天的时间，最终将问题缩小在双D触发器上，有一根本该高电平的线，被我接了地。至此，电路可以正常显示。 (三)总结设计电路的特点，并提出改进意见： 我的电路特点： 优点：逻辑部分简单，比资料中的的方法省去2个74LS04。 缺点：我电路的交通灯显示的正常与否，取决于Q0、Q1的初始值。若果Q0、Q1的初始值为0，则正常显示；但如果其初始值不为0，则显示错误，具体表示就是黄灯的时间和绿灯的持续时间将会调换。 改进的