交通燈控制電路設計
目錄一、設計目的、任務
二、設計方案比較及選擇
三、總體功能說明
四、各單元電路圖及功能說明
1、時序脈衝產生和分頻電路
２、倒計時計數電路
3、狀態控制電路
4、顯示電路
五、設計總結
＜一＞除錯過程
＜二＞實習心得
＜三＞實習建議
六、附錄
一．設計目的、任務
1．設計課題
交通訊號燈控制電路設計
2．設計目的
習了乙個學期的《數字邏輯》課程，這次的課程設計主要是要綜合了解與運用所學的知識，通過這次的課程設計來檢測這一學期所學的知識。通過製作來了解交通燈控制系統，了解解碼器、計數器、暫存器晶元的作用。
交通燈控制系統主要是實現城市交叉路口紅綠燈的控制。在現代化的大城市中，十字交叉路口越來越多，在每個交叉路口都需要有乙個準確的間間隔和轉換順序，這就需要有乙個安全、自動的系統對紅、黃、綠燈的轉換進行管理。本次的設計就是基於此目的而設計的。
3．設計任務
十字交叉路口分縱、橫兩組訊號燈控制。
每組有紅、綠、黃三色訊號燈顯示。
各幹道亮燈順序為：紅—>綠—>黃—>紅—>綠……，紅燈、黃燈、綠燈的亮燈時間比例為3：2：1。
分別用2位（共4位）led顯示縱、橫兩路的綠燈亮時間。
設計該電路並畫出整體電路原理圖。
完成設計電路連線與除錯。
寫出設計說明書。
二． 設計方案比較及選擇
（二）方案比較：
方案一的狀態控制電路與倒計時計數功能採用74ls194以及74ls192，易實現，與方案二一樣。但是方案一的延時電路較方案二來說，更為複雜一點，用到的晶元較多，接線更為複雜，比較不容易掌握和理解，而方案二的延時電路只用了一片74ld161及乙個與非門就可以實現，比較容易。相較之下，我採用方案二來實現此次的交通燈控制電路。
三． 總體功能說明
電路工作總體框圖：
交通燈控制電路主要由以下幾部分構成，分別為時序脈衝產生和分頻電路、綠燈計時電路、綠黃燈初值預置電路、狀態控制電路、顯示電路等部分構成。狀態控制器是系統的核心部分，由它決定交通燈處於哪乙個執行狀態。從而使相應的交通燈點亮，並決定下乙個狀態的預置電路該預置的綠燈和黃燈的預置值。
狀態控制電路是由暫存器74ls194來實現的。首先進行置數。將1（高電平）送給高位的q0，使綠燈1、黃燈1、綠燈2、黃燈2在當前狀態計時結束後，計數器置入下乙個狀態計數值並開始計數，如此迴圈往復。
綠燈1和黃燈1亮時紅燈2亮，綠燈2和黃燈2亮時紅燈1亮。當綠燈亮時，紅燈顯示時間和綠燈同步；當黃燈亮時，紅燈顯示時間為綠燈的值與黃燈的值相加。其他單元在狀態控制電路的狀態控制下有序的完成計時和計數轉換。
假定當前狀態如綠燈亮時，結果分析如下：將綠燈的輸入端接到計數器，對綠燈的亮燈時間進行計數，然後顯示輸出。綠燈熄滅時，數碼管led滅；綠燈亮時，計時器從20秒開始倒計時，此時，另一路的紅燈亮。
當計時遞減到0時，狀態控制器進入下乙個狀態，當另一路的綠燈亮時，計數器、顯示器執行上述的功能，如此周而復始，完成交通燈的顯示過程。
四． 各單元電路圖及功能說明
1． 時序脈衝產生和分頻電路
a) 電路原理圖
時序脈衝產生電路原理圖
b) 功能說明
時序電路是數字系統不可缺少的乙個重要組成部分，因為數位電路只有在時鐘電路的驅動下才可正常工作。根據應用場合的不同，不同數位電路選擇使用不同型別的時鐘發生器。因為交通燈控制系統的秒訊號精度不高，故選用555定時器。
c) 所需器件
555晶元乙個
51k、39k電阻各乙個
10uf、0.01uf電容器各乙個
非門晶元74ls04乙個
d) 晶元引腳圖
2． 倒計時計數電路
b) 功能說明
倒計時計數電路主要由計數器構成，它在整個系統設計中的作用是實現計時計數，在此我選用減法計數器，因為本設計說明計時時間可預設，所以需要可預置數的計數器，綜合以上要求，採用74ls192。
當交通燈控制系統開始工作時，該部分電路將實現各種狀態的轉換功能。首先，將數碼管顯示一路綠燈的預值（20秒），預值：0010，0000；當其減到0時，計數器產生借位，此時綠燈滅。
直到此綠燈再次亮時，重複上述轉換功能，實現倒計時計數。
將綠燈的輸出接到晶元的ld端，實現倒計時計數，cr端置0；cpd接1hz的脈衝訊號。q3、q2、q1、q0端分別接顯示74ls48的a3、a2、a1、a0端。
c) 所需器件
74ls192 ———計數器
d) 晶元引腳圖
74ls192功能表
3． 狀態控制電路
a) 電路原理圖
狀態控制電路原理圖
b) 功能說明
74ls194為雙向移位暫存器，當m1m0置為「11」時，首先對其進行置數，將q0的值置為1，其餘的置為0，再將q0與q1用或門相接，接到綠燈1，再與q2相或，送給紅燈2，q2送給黃燈1；同樣的，將低位的74ls194的q0-q3端接到相應的交通燈。接著將m1m0置為「01」，實現移位功能，通過與或門晶元74ls32連用，實現交通燈迴圈亮燈的控制功能。
c) 所需器件
74ls194晶元------雙向移位暫存器
74ls32晶元 ------2輸入端4或門
d) 晶元引腳圖
雙向移位暫存器74ls194
2輸入端4或門74ls32
4． 顯示電路
a) 電路原理圖
b) 功能說明
74ls48晶元是一種常用的七段數碼管解碼器驅動器。它具有集電極開路輸出結構，可以直接驅動共陰極數碼管。因此，我選用74ls48來實現此部分功能。
將74ls48的4個輸入端a3、a2、a1、a0分別與計數器74ls192的輸出端q3、q2、q1、q0相接，再將它的7個輸出端接到數碼管對應的引腳上，用來控制七段led顯示器的7個發光段。通過各晶元的綜合使用，來實現顯示功能。
c) 所需器件
74ls48七段數碼管解碼器驅動器
led數碼顯示器
d) 晶元引腳圖
七段數碼管解碼器驅動器74ls48
74ls192引腳圖
五． 設計總結
（一）除錯過程
1.設計過程中，一開始由於思路不清晰，被各種晶元的功能搞得頭暈腦漲。不同的晶元可以用來實現同一種功能，因此只能在了解了各晶元的具體功能以及設計要求之後，進行比較，選擇符合要求的晶元來實現。
2.在第一階段設計交通燈的迴圈時，將雙向移位暫存器74ls194的左迴圈與右迴圈（dsr與dfl）接錯了，將低位的dsr接到高位的dfl，導致交通燈不亮，經過檢查之後，解決了這一問題。
對於74ls194，當m1m0置位「11」時，會實現送數功能，即將輸入端d0-d3的值相應的送給q0-q3實現初值的設定。當電路接好之後，通上電源，接上脈衝訊號，發現綠燈1以及紅燈2不亮，用萬用表對電路各引腳的電位進行測量之後，發現當m1m0置位「11」時，沒有實現送數功能，因此燈不亮。所以，我們認為是74ls194壞了，換了乙個晶元之後，解決了這一問題。
測試結果：綠燈1亮—>黃燈1亮—>綠燈2亮—>黃燈2亮……
紅燈2亮紅燈1亮
3.第三階段做一盞燈的倒計時計數電路時，計時器顯示從20秒到00秒，當綠燈不亮時，led顯示的是20（初態），為了將此時的led顯示滅掉，在與同學討論研究之後，將74ls48的第四個引腳ri/irbo接到綠燈，將綠燈不亮時的led顯示滅掉。
測試結果：led顯示倒計時，從20—>19—>‥‥‥—>01—>00,
綠燈滅時，不顯示數字。
4.第三階段另一路綠燈的倒計時計數電路時，當電路接好之後，發現十位數的數字不顯示，只顯示了個位數，用萬用表檢測之後，發現高位的74ls192的接觸不好，致使無法顯示。通過調整，將74ls194晶元固定好之後，可顯示十位數數字。
除錯結果：led顯示綠燈2倒計時，從20—>19—>‥‥‥>01—>00，綠燈滅時，不顯示數字。
5.第四階段實現兩路交通燈的倒計時。迴圈控制時，由於各導線接觸不好以及接電源接地等步驟的漏掉，導致了一些問題，經過檢查之後，發現並解決了問題，使電路完成了它的整體功能。
6.**電路的設計中，將555晶元的接地端接錯了，導致電路無訊號輸入，在對照了晶元的引腳圖之後，將接地端改正。
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