简易交通灯控制电路-Multisim数电课程设计个人报告

一、个人题目及实现功能

1.1 题目：简易交通灯控制电路

1.2 实现功能及简介：

（1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间10秒。

（2）东西方向与南北方向黄灯亮，时间3秒。

（3）南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间10秒。

（4）在两条道上增加数字显示功能，显示通行或等待的时间；

（5）主支干道交替通行，主干道每次放行10秒，支干道每次放行10秒。

（6）每次绿灯变红灯时黄灯先亮3秒。

（7）主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均由同一计数器以秒为单位作减计数。

二、本题目设计方案

2.1 总体方案设计

计数模块用两片74LS192实现，个位用CP脉冲，十位用个位输出的借位信号触发计数。计数模块十位的192从0000到1001的上升沿作为状态分配模块的触发信号。状态分配模块主体是一片74LS161，取两个输出的四种类型搭配门电路，来控制计数模块置数。而红绿灯则由CP、状态分配模块和置数模块共同控制。显示模块是通过CD4511将计数模块的信号译码输出，再通过数码管显示。

2.2总电路框图

图1    总体电路框图

2.3各模块设计方案及原理说明

2.3.1时钟信号发生模块

本次课程设计采用由555定时器构成的多谐振荡器，如下图。按如图接法，可产生1Hz时钟脉冲。

2.3.2倒计时电路模块

用74LS192直接构成减法计数器，时钟脉冲上升沿到来时，在控制信号的作用下，计数器以减计数向控制器提供时间信号。

74LS192是同步十进制可逆计数器，用它进行减计数与数字显示倒计时相符合。74LS192可以级联，只需要2片即可向控制器提供时间信号，倒计数可在数字显示电路中实现。用74192节省材料，节约成本，而且由于经常应用，因而使用起来较方便，具有其独特的优良性。

图中U8为个位计数器，U9为十位计数器。U8由555定时器供给其脉冲。当其从9计数到0时，产生一个低电平，随即有一个上升沿，供给U9做时钟脉冲，此时U2计数减一，实现两片芯片的级联。由于整个电路是从10计数，减一到00，再恢复至03，重新开始计数，所以，芯片输入分别为0000（0）和0011（3）。

74LS192其功能表如下：

表1   74LS192功能表

实际电路连接如下图：

2.3.3状态分配模块

交通灯控制器的控制过程分为四个阶段，对应的输出有四种状态，分别用S0、S1、S2、S3表示。S0、S1、S2、S3状态分别分配状态编码为00、01、10、11，由此得到控制器的状态，如表2所示。

表2     状态转换表

控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：

1G=1：甲车道绿灯亮；2G=1：乙车道绿灯亮；

1Y=1：甲车道黄灯亮；2Y=1：乙车道黄灯亮；

1R=1：甲车道红灯亮；2R=1：乙车道红灯亮。

只用74LS161的两个输出端，状态转移真值表如表3所示：

表3  状态转移真值表

电路图如下：

2.3.4计时显示模块

用两片CD4511译码器连接192和数码管。

电路图如图所示：

三、硬件电路设计和实验效果

元器件清单表格（序号、类型、名称、型号、数量、作用）

3.1硬件电路简要说明：

全部电路都在一块板子上实现。已焊接好电源和时钟脉冲模块，倒计时显示用两块数码管，用6个LED灯模拟两组交通灯。必要时使用了转接口。

3.2最终实验测试结果图和分析

（1）最终结果图片

（2）测试结果分析

经过多次调试，该控制电路能够实现上述全部功能，并且运行稳定。

四：总结：

4.1.课程设计中自己做的工作

4.1.1前期完成仿真

4.1.2焊接电路板并检查电路板焊接得是否有问题

4.1.3分模块连接和检测电路。

第一步是检查电源电路和脉冲发生电路都无误；

第二步将两片CD4511芯片连接数码管，发现可以正常显示；

第三步是检查74LS161和两片74LS192是不是好的；

第四步是倒计时试验。即连好192、4511、数码管，不加门电路，看这时的电路能否进行倒计时。

第五步是加上门电路，加入161，连好LED灯，即组装完毕所有电路。

4.2.收获

（1）学会使用了Multisim软件。本次课程设计之前，并没有用过这个软件做过电路设计，但是经过本次课程设计，已经可以较熟练的使用了

（2）我一开始领到的是空板子，虽然前面已经焊过收音机和万用表，但是这个比那个难度更大。首先，这个板子大，元器件多得多，其次，收音机的每一个元件都有标号，根据标号就可以对号入座，而数字钟还要对着原理图去一个个地找，图一根根地找，而且飞线的好多接头是和元件的管脚焊在在一起，焊接的时候一个不小心就焊成了短路。这个过程的工作量也比较大，我前前后后焊了好几次，一开始想要放弃，准备再领一个板子，可是我领了学长学姐的旧板子之后感觉显示有问题，就一直很不舒服，于是重新焊好了我自己原来的板子。通过本次课程设计，我对焊接技术有了更进一步的熟悉，对焊接程序也有了更清晰的认识，也更熟悉了焊接的方法技巧。

（3）连接实物电路的耐心和专注力得到了锻炼。最开始连线，我中途还会去喝水，做一些小动作。到后来经历了很多次失败，我越来越专注，在连线的时候一言不发，连线的速度也越来越快。

4.3.体会和建议

• 刚开始连接好192和4511再到数码管时，数码管显示数字，但是要么不变化要么很不稳定。后来才发现在仿真时用的是LS的芯片，而CD4511都是MOS管制成的，其多余输入端一般不能悬空。所以在实际连线时将CD4511的5引脚借到GND。这个问题解决了。
  

（2）关于焊接和连线：

焊接的时候一定要一步步按照焊接说明来焊接，不能主观臆测，不然焊接错了会很麻烦，而且焊的时候尽量要焊的好一点，这样后面调试出错也可以不用担心是不是板子的问题。连线一定要一步步来，连到错综复杂的门电路时，可以用笔在纸上做个小记录。转接口如果用得比较多，可以用笔记录设计一下，好记性不如烂笔头。

（4）板子上的布局和线的排布：

我本次的课程设计图上一共有9块芯片，其中7片16个引脚，2片14个引脚。但是只要稍稍注意一下，就可以发现4片CD4511可以简化为2片。这样一来，线路就简化许多。我第一次连线用了许多线，每一片芯片接地都傻傻的去用转接口连线，导致转接口都不够用。没有观察到每个引脚都有两个转接口，可以串联去接地。越到后来我用的线越少。另外，注意到芯片的布局，可以使线基本分布在板子中间，比较美观。

还有，要注意到线的松紧程度和转接口的牢固程度，连线到时候可以根据模块分颜色连线，这样排线的时候也会更清晰。我已经做好后看见室友这样做，我感觉想法很好，下次我也应该这样。

（5）一定要听老师的话，分模块调试，最后联调。否则错了都不知道哪里错了。

   （6）不怕失败。本次课程设计我大概连了6次线，拆了又连，连了又拆。虽然相信自己一定会成功的，但心中还是担心无法按时验收，到最后两遍连线都出现了（1）中的问题，我又检查了一遍，经过学习，才发现了问题所在，完成了此次课程设计。

（7）通过这次数电课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解不够深刻，掌握得不够牢固。本次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我的逻辑思维能力，使我在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。2、查找资料和独立思考的能力。在本次设计之前，我在网上看了许多电路，经过简化和修改和同学之间的讨论，才最终设计出来。另外有些芯片我们没有学过，需要自己去搜集资料，知道它的逻辑功能，才能设计出来。3、合作讨论的能力。在设计的过程中，我也遇到一些细微的问题，这些问题网上是没有解决答案的，最后通过和同学的讨论才得以解决。

总之，经过反复的设计、连线、排线，当我最终成功后，我感到这几天的郁闷都烟消云散，有巨大的成就感和满足感。也希望老师在今后的课程设计中多鼓励大家选择更多的题目，增大选题的多样性，这样会更加激发学生的动手水平。

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2018-5-16 22:23 上传

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