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

1、 目 錄一、 課程題目.2二、 設(shè)計(jì)要求.2三、 系統(tǒng)框圖及說明.2四、 單元電路設(shè)計(jì).4五、 仿真過程與效果分析 .12六、 體會(huì)總結(jié).13七、 參考文獻(xiàn)13一課程設(shè)計(jì)題目： 交通燈控制電路設(shè)計(jì) 二設(shè)計(jì)要求： 1、設(shè)計(jì)一個(gè)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(yùn)行，主干道每次通行時(shí)間都設(shè)為30秒、支干道每次通行時(shí)間為20秒，時(shí)間可設(shè)置修改。 2、在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時(shí)，要求黃燈先亮5秒鐘，才能變換運(yùn)行車道； 3、黃燈亮?xí)r，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(shí)間都用顯示器進(jìn)行顯示（采用計(jì)

2、時(shí)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(jì)時(shí)電路、主控電路、信號(hào) 燈轉(zhuǎn)換器和脈沖信號(hào)發(fā)生器組成。脈沖信號(hào)發(fā)生器用的是 555 定時(shí)器；計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器是 由74LS160 來完成、輸出四組驅(qū)動(dòng)信號(hào)T0 和T3 經(jīng)信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器(4 片7448)來控制信 號(hào)燈工作，主控電路是系統(tǒng)的主要部分，由它控制信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器的工作。 （ 圖1-1） 2、信號(hào)燈轉(zhuǎn)換器 狀態(tài)與車道運(yùn)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(jì) 1主控電路： 1).原理： 通過一片 74LS160，選擇其 4

4、 個(gè)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(shí)通過計(jì)時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計(jì)數(shù)器74160，74160 是一個(gè)具有同步清零、同步置數(shù)、可保持狀態(tài)不變的4 位二進(jìn)制加法計(jì)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(hào)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(shí)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(shí)現(xiàn)幾個(gè)燈時(shí)間的顯示。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計(jì)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(gè)）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(shí)

8、間關(guān)系表 開關(guān)(s) A B C 時(shí)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(jì)時(shí)電路 1)原理： 通過 74LS160(2 片) 采用串行同步整體置數(shù)級(jí)連和下一個(gè)狀態(tài)的相應(yīng)控制來 分別實(shí)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(shí)現(xiàn)幾個(gè)燈時(shí)間的顯示。 2).原器件的選擇及參數(shù)： 若選集成計(jì)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(gè)）等?；旧吓c主干道計(jì)時(shí)電路一樣。 表 1-5 狀態(tài)編碼與時(shí)間關(guān)系表 開關(guān)(s) A B C 時(shí)間（T） 1 1 0 0 3

9、5 2 0 1 0 20 3 0 0 1 5 計(jì)數(shù)器選用集成電路74190 進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74190 是十進(jìn)制同步可逆計(jì)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(shí)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(gè) 74190 芯片級(jí)聯(lián)成一個(gè)從 99 倒計(jì)到 00 的計(jì)數(shù)器，其中作為個(gè)位數(shù)的74190 芯片的CLK 接秒脈沖發(fā)生器（頻率 為 1），再把個(gè)位數(shù) 74190 芯片輸出端的QA、QD 用一個(gè)與門連起來，再接在十位數(shù) 74190 芯片的CLK 端。當(dāng)個(gè)位數(shù)減到0時(shí)，再減1 就會(huì)變成9， 0（0000）和9（1001）之間的 QA、QD 同時(shí)由 0 變?yōu)?，把QA、QD 與起來接在十位數(shù)的CLK 端，此時(shí)會(huì)給十位數(shù) 74190 芯片一個(gè)脈沖數(shù)字減1，相當(dāng)于借位。具體連接方法如圖 1-5所示。 信號(hào) LD 由兩個(gè)芯片的8 個(gè)輸出端用或門連起來，決定倒計(jì)時(shí)是置數(shù)，還是計(jì)數(shù)工作開始時(shí)，LD為

11、0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD 變?yōu)?1，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)00 時(shí),LD 又變?yōu)?0，計(jì)數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。 圖 1-6 預(yù)置數(shù)（即車的通行時(shí)間）功能：如圖 1-6所示，個(gè)開關(guān)分別接十位數(shù) 74190 芯片的D、C、B、A 端和個(gè)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(shí)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(dāng)于接 1，懸空相當(dāng)于接 ） 圖 1-7 向譯碼器提供模5 的定時(shí)信號(hào)T5 和模0 的定時(shí)信號(hào)T0,它表示倒計(jì)時(shí)

12、減到數(shù)“00”（也即綠燈的預(yù)置時(shí)間，因?yàn)榈?0時(shí)，計(jì)數(shù)器重新置數(shù)），T =1，此時(shí)T 給譯碼器一個(gè)脈沖號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，一個(gè)方向的綠燈亮，另一個(gè)方向的紅燈亮。接法 為：把兩個(gè)74190 計(jì)數(shù)器的8 個(gè)輸出端用一個(gè)或非門連起來。T 表示倒計(jì)時(shí)減到數(shù)“05”時(shí)。T =1，此時(shí)T 給譯碼器一個(gè)脈沖，使信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，綠燈的變?yōu)辄S燈，紅燈的不變。接法為：當(dāng)減到數(shù)為“05”（0000 0101）時(shí)，把十位計(jì)數(shù)器的輸出端QA.QB、QC、QD連同個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QB、QD用一個(gè)或非門連起來，再把這個(gè)或非門與個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QC用一個(gè)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(gè)頻率為2 的脈沖與控制黃燈的輸出信號(hào)用一個(gè)與門連進(jìn)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(gè)交通燈控制系統(tǒng)需要有4 個(gè)時(shí)間顯示器，10 個(gè)交通燈。但由于 4 個(gè)時(shí)間顯示器是由同一個(gè)倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器控制，所以我在設(shè)計(jì)圖 1-8 電路的過程中，為了簡(jiǎn)化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1 個(gè)時(shí)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(gè)燈。 2

14、、為了使電路更加直觀，我把計(jì)數(shù)器、信號(hào)燈燈轉(zhuǎn)換器等放在一個(gè)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(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，然后再打開總開關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時(shí)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(shí)間顯示器從預(yù)置的 45 秒，以每秒減 1，減到數(shù) 5 時(shí)，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(shí)，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(shí)間為其它的值再進(jìn)行仿真（時(shí)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(shí)間倒計(jì)數(shù) 5，車燈進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，到0 秒時(shí)又進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且時(shí)間重 置為預(yù)置的數(shù)值，如此循環(huán)。 六體會(huì)總結(jié) 1、通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問題的能力。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我總共想過兩個(gè)方案，另一個(gè)方案弄了兩天，結(jié)果總是實(shí)現(xiàn)不了題目的要求。所以我又花了一天的時(shí)間做出這個(gè)方案，這個(gè)相對(duì)另一個(gè)方案比較簡(jiǎn)單，包括電路原理和連接，和芯片上的選擇。這個(gè)方案總共只用了四個(gè)芯片，分別為 2 個(gè)74190 計(jì)數(shù)器，2個(gè) JK觸發(fā)器。 2、在設(shè)計(jì)過程，經(jīng)常會(huì)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(shí)際接上電路，總是實(shí)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