單片機(jī)電子課程設(shè)計交通燈.doc

基于單片機(jī)交通燈控制器設(shè)計一、任務(wù)要求1）通過數(shù)字電路的設(shè)計，在面包板上模擬交通紅綠燈。要求分主干道和支干道，每條道上安裝紅（主：R,支：r）綠（主：G，支：g）黃（主：Y，支：y）三種顏色燈，由四種狀態(tài)自動循環(huán)構(gòu)成（GrYrRgRy）;2）在交通燈處在不同的狀態(tài)時，設(shè)計一計時器以倒計時方式顯示計時，并要求不同狀態(tài)歷時分別為：Gr:30秒，Rg:20秒，Yr,Ry:5秒。二、總體方案主控部分秒脈沖發(fā)生器交通燈倒計時控制部分?jǐn)?shù)碼管顯示反饋控制三、單元電路設(shè)計1）主控電路在設(shè)計要求中要實現(xiàn)四種狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換，首先要把這四種狀態(tài)以數(shù)字的形態(tài)表示出來。因22=4,所以可以兩位二進(jìn)制數(shù)表示所需狀態(tài)（00Gr, 01Yr, 10Rg, 11Ry）,循環(huán)狀態(tài)：（0001101100）數(shù)字電路課程中介紹的計數(shù)器就是通過有限幾個不同狀態(tài)之間的循環(huán)實現(xiàn)不同模值計數(shù)，由此可以嘗試設(shè)計一模值為4的計數(shù)器，其輸出（代表不同狀態(tài)）既可以循環(huán)轉(zhuǎn)換，而且能夠控制其他部分電路。在課程設(shè)計中本人利用74LS74（雙上升沿D觸發(fā)器）設(shè)計模4計數(shù)器作為主控部分電路。根據(jù)真值表化簡,然后接線,這里就不詳細(xì)介紹。主控電路圖如下:2） 秒脈沖產(chǎn)生電路通過555芯片按一定的線路接上不同的電阻和電容就可產(chǎn)生周期不的方波脈沖，即不同的頻率脈沖。課程設(shè)計需要秒脈沖，利用的2個電容，2個電阻。脈沖產(chǎn)生電路圖如下： 3) 紅綠燈（發(fā)光二極管）顯示電路紅綠燈顯示也是表示電路所處狀態(tài)，其必然與主控電路的狀態(tài)一一對應(yīng)，受到主控電路控制，即主控電路的輸出（A和B）決定了主干道和支干道的紅綠燈的亮滅情況。如亮用1表示，滅用0表示，則有，AB主紅(R)主黃(Y)主綠(G)支紅(r)支黃(y)支綠(g)00001100010101001010000111100010所以，R =A, Y=AB G=ABr=A y= AB g= AB這里應(yīng)該注意:我們可以用門電路實現(xiàn)(如與門,與非門,非門等)但是這些電路不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)錯誤,如果能夠用中規(guī)模器件的話,我們盡量用中規(guī)模器件來實現(xiàn),因為中規(guī)模器件不僅較小規(guī)模器件穩(wěn)定,而且接線也教小規(guī)模器件簡單.上面紅綠燈的狀態(tài)完全由A和B控制,我們可以用74LS139雙二-四譯碼器,但注意譯碼器的輸出必須經(jīng)非門處理后才能接入紅綠燈線路.紅綠燈顯示電路接線如下:4） 計時部分電路a) 計時器狀態(tài)產(chǎn)生模塊：設(shè)計要求對不同的狀態(tài)維持的時間不同，而且要以十進(jìn)制倒計時顯示出來。限于實驗室器材本人采用兩個74LS161完成計時器狀態(tài)產(chǎn)生模塊設(shè)計。設(shè)計思路：要以十進(jìn)制輸出，而又有一些狀態(tài)維持時間超過10秒，則必須用兩個74LS161分別產(chǎn)生個位和十位的數(shù)字信號。顯然，計數(shù)器能夠完成計時功能，我們可以用74LS161設(shè)計，并把它的時鐘cp接秒脈沖。74LS161計數(shù)器是采用加法計數(shù)，要想倒計時，則在74LS161輸出的信號必須經(jīng)過非門處理后才能接入數(shù)碼管的驅(qū)動74LS48，而在顯示是最好以人們習(xí)慣的數(shù)字0-9顯示計時，故在設(shè)計不同模值計數(shù)器確定有效狀態(tài)時，本人以0000，0001，0010-1111這些狀態(tài)中靠后的狀態(tài)為有效狀態(tài)。例如：有效狀態(tài)10111100110111101111取非 01000011001000010000即 4-3-2-1-0 實現(xiàn)模5的倒計時。在將74LS161改裝成其他模值時既可以采用同步清零法，也可采用異步置數(shù)法，但0000不可能為有效狀態(tài)，所以采用異步置數(shù)法完成不同模值轉(zhuǎn)化的實現(xiàn)。首先對控制個位輸出的74LS161設(shè)計按要求對系統(tǒng)的狀態(tài)不同，即紅綠燈的狀態(tài)不同，個位的進(jìn)制也就要求不同。本人利用系統(tǒng)的狀態(tài)量A,B控制74LS161的置數(shù)端D0D1D2D3。當(dāng)系統(tǒng)處在Gr或Rg狀態(tài)時，個位的進(jìn)制是十（模10），即逢十進(jìn)一，當(dāng)系統(tǒng)處在Yr或Ry狀態(tài)時，個位的進(jìn)制是五（模5），即逢五進(jìn)一，模10時，有效狀態(tài)為0110，0111，1000，-1111，置D3D2D1D0為0110，模5時有效狀態(tài)為1011，1100，1101，1110，1111，置D3D2D1D為1011，由此有，ABD3D2D1D0000110011011100110111011所以，D3=B D2=B D1=1 D0=B當(dāng)狀態(tài)為1111時，74LS161的狀態(tài)必須跳到進(jìn)入下一個循環(huán)，此時進(jìn)位輸出為1，我們可以把它的CO非接入置數(shù)端LD。再對控制十位輸出的74LS161設(shè)計。同設(shè)計控制個位輸出的74LS161基本類似，本人用系統(tǒng)狀態(tài)量A,B控制十位74LS161的置數(shù)端D3D2D1D0。當(dāng)系統(tǒng)處于Gr狀態(tài)時置D3D2D1D0為1101，當(dāng)系統(tǒng)處于Yr或Ry時置D3D2D1D0為1111，當(dāng)系統(tǒng)處于Rg時置D3D2D1D0為1110，有，ABD3D2D1D0001101011111101110111111故，D3=D2=1 D1=A+B D0=A+B同理我們將CO2非接入置數(shù)端LD*對一些級聯(lián)的處理當(dāng)計數(shù)超過10秒時，個位需向十位進(jìn)位，此時十位計數(shù)，其它時間其保持不變，本人通過控制十位的ETt2,ETp2端實現(xiàn)這一功能，把個位的CO1接入ETt2,ETp2接1，當(dāng)個位需進(jìn)位，即完成一次循環(huán)，CO1為1，則ETt2=ETp2=1,十位開始計數(shù)，其他時刻CO1=0,則ETt2=0,ETp2=1，十位保持。設(shè)計時把CO1,CO2的與非接入主控電路的雙上升沿D觸發(fā)器的cp，當(dāng)完成一次計時，個位和十位同時完成循環(huán)，此時CO1=CO2=0,（其它時刻為1）cp出現(xiàn)一下降沿，觸發(fā)器計時，即系統(tǒng)跳到下一個狀態(tài)，紅綠燈轉(zhuǎn)換，計時器開始下一次計時。b) 數(shù)字顯示模塊：我們用數(shù)碼管將計時器產(chǎn)生的信號以數(shù)字形式顯示出來，其中包括接數(shù)碼管的驅(qū)動7448。為了使顯示十位數(shù)的數(shù)碼管為零時不顯示，必須將十位數(shù)碼管驅(qū)動的LT接1，BI/RBI懸空，RBO接地，另一個驅(qū)動則上面的三個管腳只需都接1。記時部分電路如下：四 總體電路圖五、關(guān)鍵電路波形圖六、調(diào)試過程中的問題當(dāng)我設(shè)計好電路圖，并確定其正確性以后，在面包板上連接好電路，并進(jìn)行調(diào)試。盡管之前已確定電路圖的正確性，但是在調(diào)試時，仍然出現(xiàn)了很多問題。例如：線路的兩個接頭接錯位置；芯片布局不合理，導(dǎo)致接線時容易使線路交叉；芯片未接電源或地線；接線時線頭未插入面包板里，使線路無效；甚至在某些復(fù)雜的線路處，漏接線路，或者接在其它接口處（這極易使線路短路）等。這一系列的問題，經(jīng)過仔細(xì)的檢查后，能夠找到并予以改正，但還有一種問題是很難找到的。當(dāng)我確定所設(shè)計的電路圖的正確性，并確定接線正確以后，在進(jìn)行調(diào)試時，仍然出現(xiàn)了問題，如：二極管發(fā)光的順序不正確；倒記時器記數(shù)出錯。這種問題我在遇見幾次以后仍然沒找到原因所在，有時在接線并調(diào)試正確，且實現(xiàn)其功能后，當(dāng)過一段時間再次調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中居然出現(xiàn)了上述第二種問題。七分析總節(jié)通過這兩周的課程設(shè)計實習(xí)，使我感悟最深的是數(shù)字電路設(shè)計需要的是深厚的知識功底和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。好的電路設(shè)計不僅要求正確，而且是最簡單的，這里說的最簡單不是說要每個器件都要最簡單的，如果那樣我們也不必去選擇器件，只需用門電路就可以設(shè)計了，我們要的是對整體電路來講是最簡的，盡量在功能齊全的前提下減少所用器件的數(shù)量。另外對于電路本身存在一個安全穩(wěn)定性問題,所以在面包板上接線時，盡量用一根導(dǎo)線將輸出和輸入接通，因為導(dǎo)線中間每斷一次都是電路的一個安全隱患。當(dāng)覺得電路設(shè)計方案沒有問題時就可以在面包板上接線了。另外，我們還最好是接好一個模塊后通電檢測，有問題就檢查修改電路，直到這一模塊正常再對下一個模塊接線。布線完成后，接下來就