交通灯控制电路设计与制作.doc

2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作 目录摘要 I1 方案设计与选择 11.1方案一原理设计 11.2方案二原理设计 22 单元电路设计 42.1 秒脉冲信号发生器 42.2 五进制计数器 52.3 移位寄存器 72.3 信号灯控制 132.3.1 红灯信号控制 132.3.2 绿灯信号控制 132.3.3 黄灯信号控制 133 元器件清单 144 制作及调试 154.1 制作 154.2 调试 154.3 调试过程中发现的问题及解决 16结束语 17参考文献 18- 4 -交通灯控制电路设计与制作1 方案设计与选择 要求设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒，黄灯先亮5秒，才能变换运行车道，黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次根据要求要用到1Hz时钟脉冲源，可用555定时器来实现，还要用到计数器，逻辑门等器件来实现1.1方案一原理设计交通灯控制原理图1如下图1-1所示：555定时 器计数器实现五进制移位寄存器甲车道信号灯乙车道信号灯 图1-1 交通灯控制原理图1首先用NE555定时器产生1Hz脉冲作为时钟脉冲信号源，用74LS161构成五进制计数器，每五秒自动清零，同时给74LS164移位寄存器一个脉冲信号，使寄存器移位，然后通过74LS164移位寄存器分别实现5秒，20秒，25秒的循环控制，分别使对应的黄灯，绿灯，红灯亮。

最后用黄灯信号和秒冲信号源进行与逻辑运算，使得黄灯能够每秒闪烁一次交通灯控制电路图1如下图1-2所示： 图1-2 交通灯控制电路图11.2方案二原理设计交通灯控制原理图2如下图1-3所示：秒脉冲发生 器控制器译码器信号灯0.2Hz1Hz 图1-3 交通灯控制原理图2 用两片NE555定时器分别产生0.2Hz和1Hz的脉冲信号，0.2Hz的信号给74LS161计数器，实现5秒触发一次，74LS161构成十进制循环计数，然后接7442四线-十线译码器对计数器的信号进行译码，信号通过非门，与非门的组合后接到适当的交通灯上1Hz的脉冲信号与黄灯信号逻辑与，实现每秒闪烁一次交通灯控制电路图2如下图1-4所示： 图1-4 交通灯控制电路图2 现在选择第一种方案来实现交通灯控制电路2 单元电路设计2.1 秒脉冲信号发生器时钟信号产生电路主要由NE555定时器组成震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号，电路图如下图2-1所示： 图2-1 秒脉冲发生电路 (2-1)(2-2)所以时间周期就是：T=C=1s 图2-2 NE555管脚图2.2 五进制计数器要实现五进制计数，用74LS161四位二进制同步加法计数器，该计数器能同步并行预置数据，具有清零置数，计数和保持功能，具有进位输出端，可以串接计数器使用。

它的管脚排列如图2-3所示： 图2-3 74LS161管脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0~Q3以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET) 下图为74LS161的功能表： 表2-1 74LS161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加174LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器所以可以利用一片74LS161实现五进制加计数，将CR=LD=EP=ET=“1”，D3,D2,D1,D0接地，二进制的五为（0101），故将Q2,Q0连到同一与非门后接CR清零端，每五个脉冲清一次零，实现五进制加计数器。

电路连接图如下图所示： 图2-4 五进制计数器电路图2.3 移位寄存器74LS164为8位移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平串行数据输入端（A，B）可控制数据当A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态引出端符号 CLOCK 时钟输入端 CLEAR 同步清除输入端（低电平有效） A，B 串行数据输入端 QA－QH 输出端 逻辑及封装图图2-5 74LS164封装图 图2-6 74LS164逻辑图74LS164管脚图 图2-7 74LS164管脚图真值表 表2-2 74LS164真值表H－高电平 L－低电平 X－任意电平↑－低到高电平跳变 QA0,QB0,QH0 －规定的稳态条件建立前的电平QAn,QGn －时钟最近的↑前的电平极限值电源电压： 7V 输入电压： 5.5V 工作环境温度74164： -0～70℃ 储存温度： -65℃～150时序图 图2-8 74LS164时序图 表2-3 推荐工作条件推荐工作条件: 54/74164 单位 最小 额定 最大 电源电压VCC 54 4.5 5 5.5 V 74 4.75 5 5.25 输入高电平电压ViH 2 V 输入低电平电压ViL 0.8 V 输出高电平电流IOH -400 uA 输出低电平电流IOL 8 mA 时钟频率fCP 0 25 MHz 脉冲宽度TW CLOCK，CLEAR 20 ns 建立时间 tset 25 ns 保持时间tH 5 ns 采用74LS164八位移位寄存器可以实现对黄灯5秒的控制，绿灯20秒的控制和红灯25秒的控制。

用74LS161的清零信号作为74LS164的触发信号，用10脚即Qe来控制串行输入的信号，其局部电路图如下： 图2-9 74LS164连接电路图2.3 信号灯控制2.3.1 红灯信号控制南北向的红灯直接与Qe相连，则东西向的红灯正好相反，先将Qe取非，然后接东西向红灯2.3.2 绿灯信号控制东西向的绿灯信号通过Qe，Qd相与获得，南北向的绿灯信号则要Qe，Qd先分别取非，然后再相与获得2.3.3 黄灯信号控制黄灯信号的获得比绿灯，红灯稍复杂，东西向的黄灯信号通过Qd取非与Qe相与获得，要使其每秒闪烁一次，用其与1Hz时钟脉冲相与即可南北向的黄灯信号则通过Qe取非与Qd相与，再和1Hz时钟脉冲相与即可 图2-10 交通灯信号控制电路3 元器件清单所要用到的器件：NE555定时器，74LS164，74LS161，二输入与非门，非门，三输入与门；红黄绿发光二极管各两个，电阻R1，R2，电容C1，C2，导线若干元器件清单如下表： 表3-1 交通灯控制设计元器件清单元件序号型号主要参数数量备注1NE5551脉冲发生器274LS1641移位寄存器374LS081二输入与门474LS041六非门574LS111三输入与门674LS1611计数器7LED6红黄绿各两个8C110uF19C20.01uF110R143k111R250k14 制作及调试4.1 制作 图4-1 总体电路图按照总的电路图，规划电路总布局，以使电路连接简单、明了。

首先一个模块一个模块连接，连接好一个模块，就检测一个，包括芯片，电路板，及导线是否接正确且接稳等，以防整体检测时不必要的麻烦4.2 调试整体连接完毕，进行调试，看是否和仿真结果相同如有出入，仔细检测电路，查出问题所在这样不断调试，直到达到预期结果首先对时钟信号脉冲源进行调试，看是否产生1Hz时钟信号，把万用表调到20V电压档，万用表负极接地，正极接555定时器“3”针脚，芯片通电后，看电压变化是否变化明显，高电平大于3V，低电平小于0.4V如果不能产生脉冲，检测555定时器的引脚是否接对，电阻和电容是否接正确，如果不是这些问题，就通过换芯片，看是否是芯片的问题，如果芯片也没问题，就检测是不是电路板有问题 再对五进制计数器进行测试，看是否为五进制计数，测试结果确为五进制计数，然后测试移位寄存器的工作是否正常，最后检验信号灯是否达到预期目标，若是没有按预期的工作，检查逻辑门是否正常工作，导线是否连接到位进过不断调试后，交通灯控制电路达到了预期的全部功能4.3 调试过程中发现的问题及解决调试过程中难免发现一些问题：（1）74LS161无法正常工作 74LS161加电源后无法正常工作，经过调试发现时电压源的问题，74LS161的电压不宜超过3.5V，不然无法正常计数。

2）绿灯不亮 经检查发现是因为74LS08二输入与非门没有接地导致 调试过程中虽然发现了很多问题，不过经过检查一一解决结束语心得与体会：1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路。