电子综合实训二2资料.docx

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电子综合实训二2资料

交通信号灯电路的设计

1技术指标

设计一种利用发光二极管作为交通信号灯的指示，实现南北、东西车道的交替通行，要求实现南北车道方向循环显示的顺序是绿灯、黄灯、红灯；东西车道方向循环显示的顺序是红灯、绿灯、黄灯。

2设计方案及其比较

2.1方案一

本方案由秒脉冲电路、计时电路、译码及显示电路和控制电路组成。

秒脉冲电路由NE555芯片组成的标准的时钟信号源。

计时电路由两片74ls160构成两位数计数器，向控制电路提供定时信号并通过74ls48译码芯片控制数码管的显示。

控制电路由74ls153和D触发器构成再由74ls08的与门共同控制信号灯的交替工作。

方案一整体仿真图如图1。

图1方案一整体仿真图

2.1.1秒脉冲电路

秒脉冲电路由NE555电路及外围的电路组成，如下图2所示。

其中电阻R7、R8和电容C1的取值决定了脉冲的频率和占空比，取，，根据公式：

可知即为秒脉冲发生电路。

图2秒脉冲发生电路

2.1.2计时电路

计时电路由系统秒脉冲电路和同步的计数器74LS160构成，如下图3所示。

要求计数器在状态信号下，首先清零，然后再始终脉冲上升沿作用下，计数器开始从零开始增一计数，向控制电路提供定时信号。

74LS160是10进制同步加法计数器，它具有异步清零，同步置数的功能。

图3计时电路

2.1.3译码及显示电路

译码和显示电路由74LS48和共阴极七段数码管组成，如图4所示。

74LS48作为译码器，对74LS160的输出信号进行译码，然后通过七段数码管显示出74LS160的计数，即交通灯需要显示的时间。

图4译码及显示电路

2.1.4控制电路

选用两个D触发器74LS74做为时序寄存器产生4种状态，选用数据选择器74LS153来实现每个D触发器的输入函数，将触发器的现态值加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号．即可实现控制器的功能。

仿真图如图5。

图5控制电路

2.2方案二

本方案主要由74LS192计数器、74LS194移位寄存器和秒脉冲发生器组成，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。

东西、南北两车道各使用两块74LS192计数芯片分别做为高位和地位控制显示电路，并实现两车道的20、15、5秒递减环计时。

方案整体仿真图如6。

图6方案二整体仿真图

2.2.1秒脉冲发生器

秒脉冲发生器同方案一，如下图7。

图7秒脉冲发生器

2.2.2状态控制电路

状态控制电路如下图8所示。

由移位寄存器74LS194构成，移位寄存器开始置数为0001，Q3输出端接SR来控制是否右移,且MR、S0接高电平，CLK脉冲输入端接两车道高位借位端的与结果PL，S1接双掷开关，高电平重置，低电平正常计数，该开关跟四个74LS192芯片的MR端相连来控制是否清零，寄存器通过右移实现四种状态的变换。

图8状态控制电路

2.2.3计数电路

如下图9所示。

74LS192可实现递增、递减计数以及置数的功能。

低位的借位端TCD与高位的减脉冲输入端DN相连，从而扩展为两位的计数，计数器的置数端均与PL端相连，高位的D0、D1接寄存器的Q0、Q2，低位的DN端接秒脉冲，低位的D1、D3接低电平，D0、D2接寄存器输出端Q0的非或者Q2的非，以实现相应状态的相应置数。

而寄存器的四个输出端，经过相应的门电路变换后接入各信号灯以控制其亮灭。

图9计数电路

2.2.4译码及显示电路

将74LS192输出端和七段数码管相接来控制数码管上显示的数字。

如下图10所示。

图10译码及显示电路

2.3方案比较

两种方案采用相同的秒脉冲电路，分别对两种方案仿真结果中得知，方案一是完全能够实现技术指标的要求，方案二中仅能实现一次循环4种状态的转换。

相比与方案一，方案二中实际布线更为复杂，出错可能性更高，方案一中用到的芯片较多，不符合设计方案中已给的实验元件：

NE555时基集成电路、74LS138和74LS161为主，因此采用实现方案，能够完成在面包板上的布线。

3实现方案

实现方案由NE555组成秒脉冲发生器通过74ls161进行计数再由74ls138对计数进行译码控制电路中的四种状态分别控制灯的亮和灭，达到技术指标要求。

实现方案整体仿真图如图11。

图11实现方案整体仿真图

3.1芯片参数

3.1.1NE555功能

图12NE555芯片管脚图

555引脚图介绍如下：

1地GND2触发3输出4复位5控制电压6门限（阈值）7放电8电源

3.1.274LS161功能

图1374ls161引脚图

74ls161引脚图介绍如下：

1.MR清零2.CP时钟3-6.P0~P3四个数据输入端

7、10.CEP、CET使能8.GND接地9.PE置数11~14.Q3~Q0数据输出端15.TC进位输出（TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET）16.VCC

74ls161功能表如下图所示。

图1474ls161功能表

3.1.374LS138功能

图1574LS138芯片管脚图

74ls138译码器引脚图介绍如下：

1~3.地址输入端4~6使能端8.接地7，9~15输出端。

图16芯片74LS138功能表

3.2实现方案电路分析

3.2.1秒脉冲电路

秒脉冲电路由NE555电路及外围的电路组成，如下图17所示。

其中电阻R1、R2和电容C1的取值决定了脉冲的频率和占空比，取，，根据公式：

可知即为秒脉冲发生电路。

图17实现方案秒脉冲电路

3.2.2计数电路

由74LS161组成，如下图18所示。

ENP=ENT=LOAD=MR=1，芯片正常工作且未预置。

图18实现方案计数电路

3.2.3信号灯控制部分

由3-8译码器74LS138构成，如下图19所示。

E1=1，E2=E3=0保证了芯片的正常译码，Y0、Y1、Y2、Y3及74ls11和74ls08与门共同控制灯的亮与灭。

图19实现方案信号灯控制电路

4调试过程及结论

在面包板上布线完成，接通电源及地端，结果只有一个红灯和绿灯常亮且并其他灯没亮，我们分别对各级电路进行依次排查。

发现在74ls161技术输出端Q2输出的波形不是Q0周期的4倍，检查其他接线无误后确认74ls161芯片不能正常工作，换芯片后输出波形正常。

让Q2~Q0接入74ls138的地址端，检查输出发现Y1和Y5输出的波形不对，断开与后面电路的连接，确认连线无误后再次检查Y1和Y5的波形发现波形并未改变，换了一片74ls138后输出波形仍未改变，我们认为在74ls138布线的该片面包板内部电路混乱，换了一块面包板后接线检查输出正常，再次接完后续电路发现两个黄绿灯能够正常交替闪烁，符合技术指标中的要求，而红灯处于非正常状态。

检查74ls08两输入与门，发现第一个与门（即1、2脚输入，3脚输出）不能正常实现与门功能，在更换了该芯片其他与门时正常输出波形，与其相连的红灯正常交替变化。

检查最后一块与门时，发现当给芯片在面包板的不同位置供电时芯片不能正常工作，经过反复检查发现，面包板下端一排孔中其中四个连接状态是混乱的，即不能正常的接VCC或接地。

在排除这些故障之后，电路正常工作，实现了信号灯的交替亮和灭。

现象如下：

南北方向绿灯亮三秒，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮一秒，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮三秒；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮一秒。

以上述四种状态循环。

实际布线图如图20，21。

图20第一次布线图

图21调试完成后布线图

5心得体会

通过这次课程设计，自己受益匪浅，课设培养我们独立思考，设计，分析，解决问题的能力，更是一个能够锻炼实际操作能力的重要环节。

通过这次课设，不仅仅是巩固了数电课上学习的那些理论知识，而且能够根据每种芯片不同的功能来设计新的方案，综合的运用仿真软件，元件功能表，和典型工作电路来设计方案，实现这些的基础是要求熟练的运用各种芯片并且能够在网上快速的学习一种芯片进行应用，相信这种能力在我们以后学习和工作中经常会非常有用。

即便是简单的电路，也会在实际接线和调试的过程中发现很多问题，在这次调试过程中，总共花了两个下午的时间，从一开始的发现错误，到后来的一级一级电路去检测调试最终解决完所有问题，这一个过程对于自己动手能力和综合分析能力有了很大的提高，当然在最终实现所有技术要求的时候，成就感是相当高的，。

在这次课程设计的过程中，懂得了相互配合的重要性，两个人共同分析，发现问题能够提出自己的想法，选择合适的解决方法，在明确的分工下，相互配合才能高效率的完成任务。

6参考文献

[1]刘可文.《数字电子电路与逻辑设计》.北京：

科学出版社，2013

[2]任元.《常用电子元器件简明手册》.北京：

工业出版社，2000