交通燈控制電路設(shè)計數(shù)電課程設(shè)計數(shù)字電路課程設(shè)計1234

1、 目 錄一、 課程題目.2二、 設(shè)計要求.2三、 系統(tǒng)框圖及說明.2四、 單元電路設(shè)計.4五、 仿真過程與效果分析 .12六、 體會總結(jié).13七、 參考文獻13一課程設(shè)計題目： 交通燈控制電路設(shè)計 二設(shè)計要求： 1、設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向（主干道）車道和東西方向（支 干道）車道兩條交叉道路上的車輛交替運行，主干道每次通行時間都設(shè)為30秒、支干道每次通行時間為20秒，時間可設(shè)置修改。 2、在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運行車道； 3、黃燈亮時，要求每秒閃亮一次。 4、東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進行顯示（采用計

2、時的方法）。 5、同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。 三系統(tǒng)框圖及說明： 1、分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 1-1 所示。它主要由計時電路、主控電路、信號 燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號發(fā)生器組成。脈沖信號發(fā)生器用的是 555 定時器；計時計數(shù)器是 由74LS160 來完成、輸出四組驅(qū)動信號T0 和T3 經(jīng)信號燈轉(zhuǎn)換器(4 片7448)來控制信 號燈工作，主控電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號燈轉(zhuǎn)換器的工作。 （ 圖1-1） 2、信號燈轉(zhuǎn)換器 狀態(tài)與車道運行狀態(tài)如下： S0：支干道車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行；主干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行 S1：支干道

3、車道的黃燈亮，車道緩行，人行道禁止通行；主干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行 S2：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；主干道車道的綠燈亮，車道通行，人行道禁止通行 S3：支干道車道的紅燈亮，車道禁止通行，人行道通行；主干道車道的黃燈亮，車道緩行, 人行道禁止通行 G1=1：主干道綠燈亮 Y1=1：主干道車道黃燈亮 R1=1：主干道車道紅燈亮，人行道綠燈亮；南北方向人行道紅燈亮 G2=1：支干道車道綠燈亮 Y2=1：支干道車道黃燈亮 R2=1：支干道車道紅燈亮，人行道綠燈亮；東西方向人行道紅燈亮 四單元電路設(shè)計 1主控電路： 1).原理： 通過一片 74LS160，選擇其 4

4、 個狀態(tài)、分別為(00 01 10 11)分別表示主綠支紅、主黃支紅、主紅支綠、主紅支00-(30 秒)01-(5 秒)10-(20 秒)11（5 秒）循環(huán)圖。中間延時通過計時電路來實現(xiàn)。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計數(shù)器74160，74160 是一個具有同步清零、同步置數(shù)、可保持狀態(tài)不變的4 位二進制加法計數(shù)器。表1-1 是它的狀態(tài)表。 表1-1 74160 的狀態(tài)表 CLR LOAD ENP ENT CLK A B D C QA QB OC OD 0 X X X X X X X X 0 0 0 0 1 0 0 0 POS X X X X A B C D 1 1 1 1 POS X

5、 X X X Count 1 1 1 X X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 1 1 X 1 X X X X X QA0 QB0 QC0 QD0 設(shè)狀態(tài)編碼為：S0=0000 S1=0001 S2=0010 S3=0011，則其狀態(tài)表為： 表1-2 狀態(tài)編碼與信號燈關(guān)系表 Qd Qc Qb Qa G1 Y1 R1 G2 Y2 R2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 態(tài)的相應(yīng)控制來分別實現(xiàn)30 秒、5 秒、25 秒。通過7448（2 片）譯碼器和數(shù)碼管的連

6、接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計數(shù)器74160（2片），采用同步整體置數(shù)。譯碼器7448（2片）、7段 數(shù)碼管（2個）等。 表1-3 7447 狀態(tài)表 Inputs Outputs No. LT RBI D C B A BI/RBO | a b c d e f g -|-|-|-|-|- 0 | 1 | 1 | 0 0 0 0 | 1 | 1 1 1 1 1 1 0 1 | 1 | X | 0 0 0 1 | 1 | 0 1 1 0 0 0 0 2 | 1 | X | 0 0 1 0 | 1 | 1 1 0 1 1 0 1 3 | 1 | X | 0 0

7、1 1 | 1 | 1 1 1 1 0 0 1 -|-|-|-|-|- 4 | 1 | X | 0 1 0 0 | 1 | 0 1 1 0 0 1 1 5 | 1 | X | 0 1 0 1 | 1 | 1 0 1 1 0 1 1 6 | 1 | X | 0 1 1 0 | 1 | 0 0 1 1 1 1 0 7 | 1 | X | 0 1 1 1 | 1 | 1 1 1 0 0 0 0 -|-|-|-|-|- 8 | 1 | X | 1 0 0 0 | 1 | 1 1 1 1 1 1 1 9 | 1 | X | 1 0 0 1 | 1 | 1 1 1 0 0 1 1 表 1-4 狀態(tài)編碼與時

8、間關(guān)系表 開關(guān)(s) A B C 時間（T） 1 1 0 0 5 2 0 1 0 25 3 0 0 1 30 3）電路接法如下： 3.支干道計時電路 1)原理： 通過 74LS160(2 片) 采用串行同步整體置數(shù)級連和下一個狀態(tài)的相應(yīng)控制來 分別實現(xiàn)30秒、5秒、25秒。通過7448（2片）譯碼器 和數(shù)碼管的連接的連接實現(xiàn)幾個燈時間的顯示。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計數(shù)器 74160（2 片），采用同步整體置數(shù)。譯碼器 7448（2 片）、7 段數(shù)碼管（2個）等?；旧吓c主干道計時電路一樣。 表 1-5 狀態(tài)編碼與時間關(guān)系表 開關(guān)(s) A B C 時間（T） 1 1 0 0 3

9、5 2 0 1 0 20 3 0 0 1 5 計數(shù)器選用集成電路74190 進行設(shè)計較簡便。74190 是十進制同步可逆計數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD 的輸出數(shù)據(jù)間接實現(xiàn)清零功能。 表 1-4 74190 的狀態(tài)表 CTEN D/U CLK LOAD A B C D QA QB QC QD 0 X X 0 X X X X A B C D 0 1 POS 1 X X X X Count Down 0 0 POS 1 X X X X Count Up 1 X X X X X X X Qa0 Qb0 Qc0 Qd0 圖1-5

10、 現(xiàn)選用兩個 74190 芯片級聯(lián)成一個從 99 倒計到 00 的計數(shù)器，其中作為個位數(shù)的74190 芯片的CLK 接秒脈沖發(fā)生器（頻率 為 1），再把個位數(shù) 74190 芯片輸出端的QA、QD 用一個與門連起來，再接在十位數(shù) 74190 芯片的CLK 端。當個位數(shù)減到0時，再減1 就會變成9， 0（0000）和9（1001）之間的 QA、QD 同時由 0 變?yōu)?，把QA、QD 與起來接在十位數(shù)的CLK 端，此時會給十位數(shù) 74190 芯片一個脈沖數(shù)字減1，相當于借位。具體連接方法如圖 1-5所示。 信號 LD 由兩個芯片的8 個輸出端用或門連起來，決定倒計時是置數(shù)，還是計數(shù)工作開始時，LD為

11、0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD 變?yōu)?1，計數(shù)器開始倒計時。當?shù)褂嫊r減到數(shù)00 時,LD 又變?yōu)?0，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計時，如此循環(huán)下去。 圖 1-6 預(yù)置數(shù)（即車的通行時間）功能：如圖 1-6所示，個開關(guān)分別接十位數(shù) 74190 芯片的D、C、B、A 端和個位數(shù) 74190 芯片的D、C、B、A 端。預(yù)置數(shù)的范圍為698。假如把通行時間設(shè)為45 秒，就像圖-5的接法，A 接 0，B 接 1，C 接 0，D 接 0，E 接 0，F(xiàn) 接 1，G 接 0，H 接 1。（接電源相當于接 1，懸空相當于接 ） 圖 1-7 向譯碼器提供模5 的定時信號T5 和模0 的定時信號T0,它表示倒計時

12、減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時間，因為到00時，計數(shù)器重新置數(shù)），T =1，此時T 給譯碼器一個脈沖號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一個方向的綠燈亮，另一個方向的紅燈亮。接法 為：把兩個74190 計數(shù)器的8 個輸出端用一個或非門連起來。T 表示倒計時減到數(shù)“05”時。T =1，此時T 給譯碼器一個脈沖，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當減到數(shù)為“05”（0000 0101）時，把十位計數(shù)器的輸出端QA.QB、QC、QD連同個位計數(shù)器的輸出端QB、QD用一個或非門連起來，再把這個或非門與個位計數(shù)器的輸出端QA、QC用一個與門連接起來。具體連接方法如圖1-7 所示。 4、黃燈閃爍控制 要求

13、黃燈每秒閃一次，即黃燈0.5 秒亮，0.5 秒滅，故用一個頻率為2 的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個與門連進來，再接黃燈。 圖 1-8 五 仿真過程與效果分析 1、根據(jù)題目的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有4 個時間顯示器，10 個交通燈。但由于 4 個時間顯示器是由同一個倒計時計數(shù)器控制，所以我在設(shè)計圖 1-8 電路的過程中，為了簡化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1 個時間顯示器。 另外由于人行道的紅綠燈跟車道的紅綠燈是同步的，分別是：東西方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接南北方向車道的紅燈；南北方向人行道的綠燈接車道的紅燈，紅燈接車道的紅燈。所以在圖1-8 電路中就只接了6 個燈。 2

14、、為了使電路更加直觀，我把計數(shù)器、信號燈燈轉(zhuǎn)換器等放在一個名為main 的子電路中。然后再在子電路外面接輸入端和輸出端。 3、點擊啟動按鈕，然后再打開總開關(guān)，便可以進行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認把通車時間設(shè)為45 秒，打開總開關(guān)，東西方向車道的綠燈亮，人行道的紅燈亮；南北方向車道的紅燈亮，人行道的綠燈亮。時間顯示器從預(yù)置的 45 秒，以每秒減 1，減到數(shù) 5 時，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。減到數(shù) 1 時，1 秒后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的45 秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，人行道的紅燈轉(zhuǎn)換為 綠燈；南北方向車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈，人行道的綠燈轉(zhuǎn)換為紅東西方

15、向燈。如此循環(huán)下去。 4、修改通車時間為其它的值再進行仿真（時間范圍為698 秒），效果同3 一樣，總開關(guān)一打開，東西方向車道的綠燈亮，時間倒計數(shù) 5，車燈進行一次轉(zhuǎn)換，到0 秒時又進行轉(zhuǎn)換，而且時間重 置為預(yù)置的數(shù)值，如此循環(huán)。 六體會總結(jié) 1、通過這次課程設(shè)計，加強了我動手、思考和解決問題的能力。 在整個設(shè)計過程中，我總共想過兩個方案，另一個方案弄了兩天，結(jié)果總是實現(xiàn)不了題目的要求。所以我又花了一天的時間做出這個方案，這個相對另一個方案比較簡單，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。這個方案總共只用了四個芯片，分別為 2 個74190 計數(shù)器，2個 JK觸發(fā)器。 2、在設(shè)計過程，經(jīng)常會遇到這樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了。所以這幾天不管是吃飯還是睡覺，腦子里總是想著如何解決這些問題，如