数电红绿灯实验

电 子 设 计 报 告 书

题目：系部名称学生姓名专业名称班 级实习时间主次干道交通信号控制灯 计 算 机 系

计 算 机 科 学 与 技 术

计 科 0 3 0 7

2005 年 5 月 30 日 至2005 年 6 月 10 日

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主次干道交通信号控制灯

一. 实验目的

1．进一步熟悉数字电路课程的知识，将其运用于实践中。

2．掌握几种常用数字电路芯片的工作原理，并学会熟练的使用它们。

3．了解一般数字电路设计的基本步骤，学会将所学的理论知识运用到实际 问题中。

4. 初步学习自行设计电路，连接电路和排查电路的能力。 5．学习以严谨的科学态度和认真的科学态度开对待实际问题。

二. 实验要求

在一个主次干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮5秒钟，以便让后来车辆准备停车。由于主干道车辆较多，次干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为30秒；而次干道通行时间为20秒。

三. 设计题目与思路 本次数字电路课程设计我设计的题目是“主次干道交通信号控制灯系统”。 这个系统的主要功能是：

1.实现红绿灯的交通管制功能；

2.在红绿灯交换的前五秒种，有常亮的黄灯提示司机注意，此时绿灯已灭； 3.可适应主次干道不同的车流量的需要，拟设计主干道的车量通行时间为30秒，次干道的车量通行时间为20秒；

4.另有数字倒计时装置，提示司机剩余时间。

四. 使用元件 1.设计所需的元件有：

74LS00 （四一二输入与非门） ----------------------------2个； 74LS04 （六一非门） -----------------------------------2个； 74LS08 （四一二输入与门） -----------------------------4个； 74LS48 （BCD七段译码器） -----------------------------2个； 74LS74 （双上升沿D触发器） ----------------------------1个； 74LS139（双二一四译码器） -----------------------------1个： 74LS161（四位二进制同步计数器）------------------------ 2个； 发光二极管 ---------------------------------------- 6个； 共阳极数码管 -----------------------------------------2个；

555 ---------------------------------------------1个； 电容： 4.7μf ---------------------------------------------- 1个；

0.01μf -----------------------------------------------1个；

电阻 ： 150kΩ -------------------------------------------------------------1个；

5.1kΩ -----------------------------------------------1个； 200Ω ------------------------------------------------2个；

导线若干； 面包板一个； 2.工具：

镊子，钳子各一个；

数字万用表一台。

五．实验原理： 1. 在一个主次干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行。在绿灯变红灯时先要求黄灯亮5秒钟，以便让后来车辆准备停车。由于主干道车辆较多，次 干道车辆较少，所以要求主干道经常处于通行状态。

时钟信号发生器产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作和实现定时工作。两个74LS161 级连作为计数器，其输出端通过非门与74LS48 相连，在数码管上实现倒计时。由于输出端输出不变，所以用74LS74 控制输入端的输入信号，使其实现模30、模20、模5的转化。而74LS74自身也有一个循环，使74LS161的模值按所需的要求变化。而六个灯由74LS74的输出端通过74LS139直接控制。

下图为简单的原理方框图：

主干道灯

译码驱动电路

数字显示器

计 数 器 时 钟 信 号 次干道灯 主 控 制 器

时钟信号发生器产生一个CP脉冲，计数器74161接受CP脉冲，实现同步计时。两片74161，实现计数功能，并通过非门产生倒计时。计数器的输入端用主控制器实现其模值循环。利用同步置数端，当高位输入为1101、低位输入为0110时实现模30的计数器；当高位输入为1111、低位输入为1011时实现模5的计数器；当高位输入为1110、低位输入为0110时实现模20的计数器。

然后主控电路，74控制161和139的输入端。当74的输出Q2、Q1（令其为“A” “B” ）为00时实现模30的计数器，此时主干道的绿灯和次干道的红灯亮起来；当AB为01时实现模5计数器，此时主干道的黄灯和与次干道的红灯一起亮而主干道的绿灯熄灭；当AB为10时实现模20的计数器，此时主干道的红灯和次干道的绿灯亮起来；当AB为11时，实现模5计数器，此时次干道的黄灯与主干道的红灯一起亮，而次干道的绿灯熄灭；然后AB在回到00状态，这样就实现了交通灯的循环且实现了主次干道通车时间不同的功能。

倒计时显示：十位倒计时显示，将161的输出端通过非门接入48，利用它的反码输出在数码管上实现倒计时。再利用74的输出来控制139的输入，而139的输出接发光二极管，从而实现红绿灯的变化。这样便实现了该电路的所有功能。 2.以下为各部分功能的具体说明

时钟信号发生器的实现

用555片子和电容、电阻实现，原理图如下：

倒计数的实现

十位倒计时显示的转换真值表

由上表知：

当74LS161由6倒计到15时给高位片一个脉冲，使高位74LS161从14开始计数，对照左右两个表的数字，可得：

而由AB状态变化得出AB的表达式： A=!AB+A!B

B=!B

这样就实现了计数器按模30---模5---模20---模5的循环。

数字显示的实现

通过7447与数码管的连接实现数字显示，原理图如下：

G F GND A B E D GND C H

数码管都是共阳极的。

灯的实现

根据139的功能表可以得出各灯的表达式： 灯连接的电路图如下：

六. 整个系统电路图

七. 心得体会

此次数字电路逻辑设计实习，我选作的题目是主次干道交通信号

控制灯实

验。通过两个星期的辛勤努力并在老师和同学的帮助下，顺利完成了本次课程设计。

这次的课程设计我的感受颇多。首先，我进一步熟悉数字电路课程的知识，并学着将所学的知识转化为实践中。此外我掌握了几种常用数字芯片的工作原理，并能熟练的使用。最重要的是我了解到一般

科学实验的基本步骤，初步学会连接排查电路的基本思想和基本步骤，初步培养了科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 刚开始时，只是对局部有一点模糊的设想，但无法将其连接成一个整体。通过查资料、老师的讲解和同学们讨论后对主次干道交通信号控制灯的设计有了初步的整体构想，就是将此次设计分为主干道灯，次干道灯，译码驱动电路，计时器、数字显示器等模块，再由主控部分统一组成主次干道交通控制灯系统。

对于面包板的使用，我还是很陌生，所以这次在面包板的运用上浪费了很多时间。首先对其进行一个整体的布局，比如说面包板的横向模块，统一采用上Vcc下GND的布局，这样有利于芯片的电源和地线接入和排障。而芯片的排列要按照自己的电路图的走线来布局。比如脉冲产生电路和数字显示电路相对比较独立。脉冲产生电路可布于面包板的一角，而数字显示电路尽量在面包板的上方，这样既美观又有利于对这两部分的单独检查，同时还给线路较密的主控和计时部分留下了足够的空间。芯片布局要均匀，芯片之间要留一些空间来走线，走线尽量避免搭线，这样有利于排障，并且布局也更加美观一些。我这次的时间就浪费了开始没有步好局，结果电路重搭了好几次。郁闷！

在搭电路的过程中，一定要对所使用的芯片进行检验，测试其逻辑功能。对面包板的接触问题也要注意，随时检查其是否连通。在连接电路的时候，一定要边连边检查，连好一部分检查一部分。如果直接连好所有电路再检查，会给排查带来很多不必要的麻烦，而且很不容易检查出问题。

经过一个多星期的辛勤劳动终于完成了本次的课程设计，中间经过了不少的困难和挫折，时间主要耗费在自己对知识掌握的不熟和动手能力差上，但在老师和同学的热心帮助下一一克服并解决，使我终于尝到了成功的喜悦。通过这次课程设计，使我自己的动手能力增强不少。使自己学会了设计的基本步骤和方法，同时使自己对理论知识的熟悉程度大大增加。培养了自己科学严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

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

西安邮电学院计算机系电子设计过程考核表

学生姓名 实习单位 课程设计时间 陈良平 实验中心 班级/学号 所在部门 05年5 月30 日 —05 年 6 月10日 周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题； 周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计； 第一周 周三：领取元器件，开始组装电路； 周四：组装电路； 周五：组装电路； 具体实习内容 周一：组装电路； 周二：组装电路； 第二周 周三：组装电路； 周四：组装电路； 周五：撰写实验报告； 。。。 。。。 指导师傅（教师）姓名 赫建国 实习态度 指导师傅（教师） 实习纪律 对学生的评价 实践能力 □ 很强 □ 一般 □ 较差 指导师傅（教师）签字 年 月 日 □ 全勤 □ 偶尔缺勤 □ 经常缺勤 职务或职称 计科0307/01 3#---523 □ 认真 □ 一般 □ 不认真 指导师傅（教师）对学生专业知识与社会实践能力 相结合情况的建议 西安邮电学院计算机系电子设计成绩鉴定表

学生姓名 实习时间 陈良平 班级/学号 计科0307/01 05年 5 月 30 日 — 05年 6 月 10 日 与毕业设计结合程度（10分） 实习内容（20与专业结合程度（6分） 分） 其它（4分） 实践能力（10分） 实习单位评价 实习态度（6分） 实习成绩鉴定 （20分） 实习纪律（4分） 报告内容与实习单位资料紧密结合，且资料详实（8分） 实习报告鉴定 报告内容与毕业设计内容紧密结合（8分） （60分） 其它内容（4分） 报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数 40分) 评阅教师姓名 职称 实习成绩 评语 评阅教师签字 年 月 日