交通信号灯设计实验.docx

实验名称 自主设计型实验 交通信号灯设计实验 1.实验目的 掌握74LS161、74LS112、74LS20、74LS00的逻辑功能和使用方法 利用JK触发器及与非门构成控制电路 掌握555集成定时器的基本逻辑电路功能及使用方法 运用所学知识进行电路设计，提高动手能力 2.总体设计方案或技术路线 设计方案： 通过采用数字电路对交通灯控制电路的设计,提出自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。通过本次设计实现以下功能： 设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。 主干道绿灯6秒，黄灯2秒，红灯4秒；支干道红灯8秒，绿灯2秒，黄灯2秒。主干道设立6秒、2秒、4秒计时、显示电路；支干道设立8秒、2秒、2秒计时、显示电路。 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；支干道绿灯亮时，主干道红灯亮。在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮黄灯作为过渡。 注：考虑到数字实验箱芯片插座数量限制，交通信号灯转换时间有所缩短，但不影响其功能及电路总体结构，只是转换时间较短。 技术路线： 电路主要由秒脉冲发生器、计时器、JK触发器、门电路等部分组成。 脉冲发生器是由555定时器构成的多谐振荡器，因为控制系统是以秒作为单位，所以用秒脉冲发生器，且其对信号的精度要求不高，这里选用555定时器来构成。555定时器组成的秒脉冲CP1的周期为：T≈0.7（R1+2*R2）*C，若T＝1s，令C＝10μF，R1＝44.2K?， R2=51K?。 计数器部分采用74LS161，主干道和支干道分开显示，主干道完成6s、2s、4s循环，支干道完成8s、2s、2s循环。计数器采用的是复位法实现所需进制计数。首先设置主干道6s的计数，将计数器输出端Q2、Q3与与非门连接，当6s计数完成时，两个输出端为1，与非门输出由1变为0，并产生脉冲信号给主控电路中的JK触发器（默认Q端输出初始值为0，J、K输入1），触发器输出状态变化时，Q由0变为1，Q’由1变为0，同时将与非门的输出端接到计数器的清零端，开始下一次计数。之后是2s计数，由于此时Q端输出为1，当计数器计数到2s时，与非门输出0是???数器清零重新计数，同时产生的脉冲信号使JK触发器Q由1变为0。接着是2s计数，计数器输出端Q1及另一片JK触发器的Q端与与非门连接，2s计数完成后，与非门输出为0，使两片JK触发器置0，进入下一个计数循环。支干道计时原理与主干道相同。 信号灯转换时间及JK触发器状态主干道支干道时间信号灯触发器1触发器2时间信号灯触发器1触发器26s绿018s红012s黄104s红012s绿012s黄10LED数码显示通过CD4511译码器完成，信号灯的控制通过与非门和JK触发器的输出端控制。 3.实验电路图 实验电路图 4. 仪器设备名称、型号 (1)74LS161、74LS112、74LS20、74LS00、CD4511（数字实验箱内置）芯片、555定时器 (2)发光二极管绿、黄、红各2个（自备） (3)直流稳压电源 (4)数字电路实验箱、实验板 (5)数字万用表、导线 5.理论分析或仿真分析结果 采用Multisim 12.0软件对电路进行仿真，以下为一周期内的仿真结果： 时间信号灯状态仿真结果0-6s主干道绿灯亮 支干道红灯亮6-8s直干道黄灯亮 支干道红灯亮8-10s主干道红灯亮 支干道绿灯亮10-12s主干道红灯亮 支干道黄灯亮 6.详细实验步骤及实验结果数据记录 (1)按图链接电路，检查无误后接通电源。 (2)待电路显示进入循环之后，观察信号灯一周期内转换情况并记录。 信号灯转换情况主干道支干道时长信号灯时长信号灯6s绿灯8s红灯2s黄灯4s红灯2s绿灯2s黄灯信号灯一周期内变化情况 7.实验结论 本次实验实现了电路的预期功能： 主干道绿灯亮6s，黄灯亮2s，红灯亮4s；支干道红灯亮8s，绿灯亮2s，黄灯亮2s。 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；支干道绿灯亮时，主干道红灯亮。 每次由绿灯向红灯的转换过程，亮黄灯作为过渡。 由555定时器产生特定频率的脉冲。 由LED数码显示器显示时间。 8.实验中出现的问题及解决对策 实验时出现脉冲输出间断情况，计数器停止计数，某一发光二极管常亮。由于导线在使用之前均用万用表进行过测试，所以可以判断是导线和实验板间接触不良造成称的，这时用手按压导线连接端，当按到某处时，LED数码显示器数字发生变化，可判断处接触不良，用手按住即可让电路正