LS交通燈控制電路的設(shè)計與仿真課程設(shè)計剖析

1、目錄一、課程設(shè)計時間 1二、課程設(shè)計題目 1三、設(shè)計任務(wù)、要求及器件 1四、課程設(shè)計的電路及工作原理 2五、設(shè)計中出現(xiàn)的問題 8六、心得體會 8一、課程設(shè)計時間：5月25 日 、 5月 27日 、 6月1日 、 6月 3日二、課程設(shè)計題目：交通燈控制電路的設(shè)計與仿真三、設(shè)計任務(wù)、要求及器件1、 設(shè)計任務(wù)與要求 1）、能顯示十字路口東西、南北兩個方向的紅、黃、綠的指示狀態(tài)，用兩組紅、黃、綠三色燈來表示兩個方向上的交通燈; 2）、能實現(xiàn)正常的倒計時功能，用兩組數(shù)碼管作為東西和南北方向的到計時顯示，并且對紅、綠燈的時間可調(diào)，在每次由綠燈變成紅燈或相反的過度轉(zhuǎn)換過程中，要亮黃燈2秒作為過渡；3）、能實

2、現(xiàn)由手動控制紅、綠的狀態(tài)，即達(dá)到能手動切換交通燈的特殊狀態(tài)的功能；2、 用的器件及芯片，見表一表一數(shù)碼管脈沖源邏輯與門邏輯或門邏輯或門燈電平開關(guān)開關(guān)四、課程設(shè)計的電路及工作原理交通燈控制電路主要由循環(huán)部分電路、減數(shù)器和顯示（數(shù)碼管）等部分組成。用到的信號是時鐘信號，脈沖發(fā)生器是提供給該系統(tǒng)中減數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號源，循環(huán)電路部分是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定紅、黃綠、燈的往復(fù)工作，減數(shù)器與數(shù)碼管組成不同進(jìn)制與時間顯示。即74194輸出用于點亮紅、黃、綠燈和控制燈點亮同時進(jìn)行的倒計數(shù)，倒計數(shù)及燈點亮?xí)r間的設(shè)置可由74190完成，手動脈沖和74190的進(jìn)位輸出脈沖又可用于去激勵74194進(jìn)位輸出，如此

3、往復(fù)形成紅綠燈的循環(huán)點亮控制。1、往復(fù)循環(huán)電路及原理在設(shè)計中用到起移位作用的芯片是雙向移位寄存器74LS190，用此芯片來控制燈的移動，可搭建出單循環(huán)和往復(fù)循環(huán)兩種結(jié)構(gòu)電路。 雙向移位寄存器74194 為 4 位雙向移位寄存器，其主要電特性的典型值如下：當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QAQD）均為低電平。當(dāng)工作方式控制端（S0、S1）均為高電平時，在時鐘（CLOCK）上升沿作用下，并行數(shù)據(jù)（AD）被送入相應(yīng)的輸出端QAQD。此時串行數(shù)據(jù)（DSR、DSL）被禁止。當(dāng)S0 為高電平、S1 為低電平時，在CLOCK上升沿作用下進(jìn)行右移操作，數(shù)據(jù)由DSR送入。當(dāng)S0 為低電平、S1 為高電

4、平時，在CLOCK上升沿作用下進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)由DSR送入。當(dāng) S0 和 S1 均為低電平時，CLOCK 被禁止。對于 54（74）194，只有當(dāng) CLOCK 為高電平時 S0 和 S1 才可改變。 引出端符號：CLOCK 時鐘輸入端 CLEAR 清除端（低電平有效）AD 并行數(shù)據(jù)輸入端 DSL 左移串行數(shù)據(jù)輸入端DSR 右移串行數(shù)據(jù)輸入端 S0、S1 工作方式控制端QAQD 輸出端在設(shè)計中用的是往復(fù)循環(huán)連接方式：往復(fù)循環(huán)計數(shù)電路的設(shè)計采用的是同步方式，使用D觸發(fā)器控制74LS194的左右移位，設(shè)計電路圖如下，圖一所示：圖一、紅綠燈的交替電路（往復(fù)循環(huán)）為達(dá)到往復(fù)循環(huán)計數(shù)電路的設(shè)計，需滿足下列表

5、格的要求，見表二：表二CLKQ(D觸發(fā)器輸出)D00000（右移）1011000（右移）0020100（右移）0130011（左移）任意140101（左移）任意0D觸發(fā)器 ，這樣做到觸發(fā)器“0”態(tài)194右移。74194與D觸發(fā)器的端連接置零信號，作啟動作用。做接地處理，以便在左行移位時給低位補(bǔ)零?？紤]無關(guān)項的情況下，利用卡諾圖化簡可得如下結(jié)果：=+ 2、減數(shù)器電路及原理另外用到的芯片是74LS194，此芯片具有計數(shù)功能，而在交通燈中是利用它的減數(shù)功能，單片的194是十進(jìn)制，若要達(dá)到十進(jìn)制以上的要求，則需將兩塊芯片組合在一起運用。將兩片組合在一起能實現(xiàn)一百進(jìn)制的計數(shù)。74190為可預(yù)置的十進(jìn)制同

6、步加/減計數(shù)器，當(dāng)置入控制端為低電平，不管信號CP的狀態(tài)如何，輸出端即可預(yù)置成與輸入端AD相一致的狀態(tài)。引出端符號： 并行數(shù)據(jù)輸出端 使能端AD 數(shù)據(jù)輸入端 置數(shù)端CLK 信號輸入端 進(jìn)位信號輸出端圖二、減數(shù)器 電路中的左邊這片是高位，右邊是低位，將低位的輸出的信號送到高位的CLK端，用來給高位信號，來完成高位的自動減數(shù)，同時將高位的數(shù)據(jù)輸出端QD用個邏輯非門送回到高、低位的置數(shù)端以達(dá)到自動減數(shù)的作用。此電路可做到控制輸入不同進(jìn)制，完成的是對十位的不同控制，從而達(dá)到所需的不同計時要求，達(dá)到的是整十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，通過開關(guān)來完成不同進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，可在十到七十的不同控制。例如，在D關(guān)閉下完成的十進(jìn)制，在

7、S關(guān)閉下完成的是二十進(jìn)制，S和D同時關(guān)閉時完成的是三十進(jìn)制，在A關(guān)閉下是完成四十進(jìn)制，等進(jìn)制的控制，達(dá)到A、S和D同時關(guān)閉的狀態(tài)下達(dá)到最高七十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。3、 紅綠燈的控制結(jié)構(gòu)電路及原理交通燈控制電路主要由以下幾部分構(gòu)成，綠燈、紅燈和黃燈計時及預(yù)初值電路、紅綠燈交替往復(fù)電路等構(gòu)成。最終組合的電路要求控制的是十字路口上的紅綠燈，兩片74190組合的減數(shù)器對一個路口的交通燈中的綠燈進(jìn)行計數(shù)，另一組減數(shù)器對紅燈進(jìn)行計數(shù)，單獨一片74190對黃燈計數(shù)，另外路口的交通燈接在這路口上，將紅燈接綠燈，綠燈接紅燈，黃燈接黃燈。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況一類問題是，我們需要能手動來控制交通燈的亮/熄，未達(dá)到此要求在電路中設(shè)

8、計有一手動開關(guān)K，需要將交通燈設(shè)置在什么顏色上的位置，只需手動控制開關(guān)就能完成。此手動開關(guān)由字母K控制，當(dāng)K開啟之后，減數(shù)器從往復(fù)循環(huán)的燈狀態(tài)得到的信號被截斷，交通燈就處于此位置一直不變，到K閉合之后往復(fù)循環(huán)中的燈的狀態(tài)信號才能給到減數(shù)器中，從而減數(shù)器又開始工作。在電路中還使用了電平開關(guān)，起到的作用是將信號燈亮/熄狀態(tài)的返回到減數(shù)器的，以控制190的工作，當(dāng)燈亮?xí)r電平開關(guān)兩端有電壓，開關(guān)閉合，線路處于導(dǎo)通，減數(shù)器接收到信號，開始工作，當(dāng)燈熄滅時，電平開關(guān)兩端沒電壓，開關(guān)開啟，線路截止，減數(shù)器沒有信號輸入，停止工作，減數(shù)器處于開始預(yù)置數(shù)上，到下一個燈亮起之后減數(shù)器做相同的狀態(tài)變換。狀態(tài)控制器是系

9、統(tǒng)的核心部分，在紅綠燈的控制結(jié)構(gòu)電路圖中，從74194的紅燈接到電平開關(guān)在接回74190的LOAD端,即將紅燈的信號傳給190以控制其工作，將信號送回到190驅(qū)動它工作；將高位和低位的出來的信號送到194的CLK端來推動194及D觸發(fā)器的工作，如此循環(huán)下去，通過開關(guān)來控制進(jìn)制的轉(zhuǎn)換；對于這路口的紅燈用同樣的方法接在另外一組減數(shù)器上。對黃燈只需一片190就能完成它的進(jìn)制要求，接法和兩片類似。狀態(tài)控制器決定交通燈處于哪一個運行狀態(tài)。從而使相應(yīng)的交通燈點亮，并決定下一個狀態(tài)的預(yù)置電路該預(yù)置的綠燈和黃燈的預(yù)置值。狀態(tài)控制電路是由寄存器74LS194來實現(xiàn)的。首先進(jìn)行置數(shù)。將1（高電平）送給高位的Q，使

10、綠燈1(亮)、黃燈0（熄）、綠燈0（熄）,在當(dāng)前狀態(tài)計時結(jié)束后，計數(shù)器置入下一個狀態(tài)計數(shù)值并開始計數(shù)，如此循環(huán)往復(fù)。紅燈1、黃燈0、綠燈0，紅燈0、黃燈1、綠燈0，紅燈0、黃燈0、綠燈1，兩路口連接在一起的紅燈和綠燈顯示時間同步，其他單元在狀態(tài)控制電路的狀態(tài)控制下有序的完成計時和計數(shù)轉(zhuǎn)換。假定當(dāng)前狀態(tài)如紅燈亮?xí)r，結(jié)果分析如下：將紅燈的輸入端接到計數(shù)器，對紅燈的亮燈時間進(jìn)行計數(shù)，然后顯示輸出。紅燈熄滅時，數(shù)碼管LED滅；紅燈亮?xí)r，計時器開始倒計時，計時器可以通過開關(guān)進(jìn)行不同進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，此時，另一路口的綠燈和現(xiàn)在的這紅燈同步。當(dāng)計時遞減到0時，狀態(tài)控制器進(jìn)入下一個狀態(tài)，控制黃燈亮起；黃燈熄滅之后到

11、綠燈亮起，和剛才的紅燈一樣的效果，但是進(jìn)制可以調(diào)整成不一樣；當(dāng)紅燈亮?xí)r，計數(shù)器、顯示器執(zhí)行上述的功能，如此周而復(fù)始，完成交通燈的顯示過程。五、設(shè)計中出現(xiàn)的問題 在設(shè)計過程中出現(xiàn)的了較多的問題，但是在慢慢的查閱資料及和同學(xué)一起討論之后把各個問題順利解決。例如設(shè)計過程中，在開始之前沒好好看書及去查資料，導(dǎo)致思路不清晰，以及74190芯片的功能不少很清楚，導(dǎo)致不能順利將減數(shù)器接通。知道用那個型號的芯片之后得了解器具體功能才能開始連接電路，不同的芯片可以用來實現(xiàn)不同的功能，因此要在了解各芯片的具體功能之后才開始實施設(shè)計要求。在設(shè)計交通燈的減數(shù)器時，將計數(shù)器74LS190的低位的RCO沒接到高位的CLK

12、，結(jié)果導(dǎo)致高位的數(shù)碼管不顯示，經(jīng)過檢查之后，解決了這一問題。接下來是減數(shù)器不能自動計數(shù)，檢查后結(jié)果發(fā)現(xiàn)是沒將高位的輸出信號返回給190的LOAD，將其用邏輯非門接回給芯片后，減數(shù)器就順利工作。對于進(jìn)制的轉(zhuǎn)換接觸的電路沒問題。在將往復(fù)循環(huán)電路與減計數(shù)構(gòu)建在一起時出現(xiàn)的問題較多，開始是交通燈無法順利進(jìn)行往復(fù)，發(fā)現(xiàn)原因是190輸出的信號到194之間的線路出問題，邏輯門使用的不合理導(dǎo)致結(jié)果出錯，這是沒能詳細(xì)計算出現(xiàn)的錯誤，經(jīng)過進(jìn)一步的查看及計算，最后順利完成設(shè)計。六、心得體會 開始拿到設(shè)計題目，感到很難入手，花了較長時間來理清楚思路。接下來的具體電路設(shè)計才是難點所在，所需用到的芯片其功能得去查閱，才能將的電路圖接好。通過此次的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)遇到問題不能死鉆，應(yīng)該和老師同學(xué)主動交流，將問題解決的方法不是只有自己弄出來的才算是自己的，和他人共同將問題解決而自己把原理弄清楚，也是學(xué)習(xí)的進(jìn)步；不放棄，也應(yīng)該是我們要做的，在最困難的時候更應(yīng)該堅持下去，想辦法將問題順利解決才是我們應(yīng)該去做的。將開頭做的好點的話，后面的工作要稍微輕松一點，最終的結(jié)果也才會是一個不錯的結(jié)果。 做完設(shè)計之后發(fā)現(xiàn)學(xué)了