數(shù)字交通燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(龍從玉)

1、長江大學(xué) 龍從玉1數(shù)字交通燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)用于十字路口交通管理的紅黃綠交通燈控制顯示與時(shí)間的數(shù)字顯示電路。其中： 用數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器和集成門等數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)“交通燈控制電路”中的組合邏輯電路部分。包括“狀態(tài)譯碼電路”、“輸出電路及其交通燈單元”等。 用集成觸發(fā)器、集成計(jì)數(shù)器等數(shù)字集成器件設(shè)計(jì)“交通燈控制電路”中的時(shí)序邏輯電路部分， 包括“時(shí)間預(yù)置電路”和“倒計(jì)時(shí)顯示電路”等。 在實(shí)驗(yàn)面包板上面，完成數(shù)字交通燈控制電路的總裝調(diào)試與測試。2022/8/91.1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)（略）理論已做！長江大學(xué) 龍從玉2交通燈控制電路的組合邏輯電路部分要求：1）將狀

2、態(tài)信號譯碼為“干道”與“支道”兩方向的6對交通燈的控制信號用LED燈指示，倒計(jì)時(shí)分別用數(shù)碼管顯示； 2）根據(jù)“干道”與“支道”兩方向的交通需求，分別預(yù)置相應(yīng)的燈亮?xí)r間Te、 Ty、Ts和Ty，實(shí)現(xiàn)正常時(shí)序控制功能；3）特殊狀態(tài)期間， “干道”與“支道”兩個方向的紅燈同時(shí)發(fā)亮，計(jì)時(shí)暫停，實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)控制功能； 4）將“干道”與“支道”兩方向的燈亮?xí)r間的設(shè)置范圍為05 95S，2位BCD碼形式；5）寫出設(shè)計(jì)步驟，畫出設(shè)計(jì)的邏輯電路圖；6）對設(shè)計(jì)的交通燈控制電路進(jìn)行Proteus仿真、修改，使設(shè)計(jì)電路為達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最簡電路；7）安裝并測試電路的邏輯功能。2022/8/91.2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的具體要求交

3、通燈控制電路的時(shí)序邏輯電路部分要求：1）交通燈的不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)分別產(chǎn)生相應(yīng)的狀態(tài)信號；2）對交通燈不同狀態(tài)的燈亮?xí)r間Te、Ty、Ts分別進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能；3） 特殊狀態(tài)期間，計(jì)時(shí)暫停；特殊狀態(tài)結(jié)束恢復(fù)正常計(jì)時(shí)；4）寫出設(shè)計(jì)步驟，畫出設(shè)計(jì)的邏輯電路圖；5）對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真、修改，使仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求；6）安裝并測試電路的邏輯功能；7）將組合電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分與時(shí)序電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分的電路聯(lián)接起來，完成整個控制電路的調(diào)試。1.2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的具體要求1.3、設(shè)計(jì)可供實(shí)驗(yàn)元器件74LS138、74LS153、74LS00、74LS04、74LS32、 74LS74、 74LS192、 7

4、4LS08、(7段數(shù)碼管、紅黃綠LED)。2022/8/93長江大學(xué) 龍從玉交通燈顯示板！2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉42.1、交通燈控制需求分析： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基本交通燈共有4種狀態(tài)如表-1所示。該電路根據(jù)“干道”與“支道”方向的燈亮?xí)r間Te、Ts和Ty產(chǎn)生這些狀態(tài)并對它們進(jìn)行有序的控制。相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖-1所示。圖-1 交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2、實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)思路S0S1S2S3TeTe到TyTy到TsTs到Te到Ty表-1 基本狀態(tài)表狀態(tài)干道方向支道方向時(shí)間sS0綠燈亮紅燈亮TeS1黃燈亮紅燈亮TyS2紅燈亮綠燈亮TsS3紅燈亮黃燈亮Ty2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉52.2、狀態(tài)譯

5、碼電路、輸出電路及其交通燈單元的設(shè)計(jì)思路： 電路主要功能：依據(jù)不同的狀態(tài)信號實(shí)現(xiàn)對交通燈的控制。設(shè)：燈亮為“1”，燈滅為“0”； 交通燈的4種狀態(tài)S0S3分別編碼為00、01、10、11； 正常狀態(tài)為“0”；特殊狀態(tài)用S表示，特殊狀態(tài)為“1”， 這時(shí)兩個方向的紅燈同時(shí)點(diǎn)亮。則其真值表如表-2所示。2、實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)思路表-2 狀態(tài)譯碼及輸出電路信號關(guān)系特殊狀態(tài)正常狀態(tài)（4種）狀態(tài)指示信號（4種）干道交通燈（3種）支道交通燈（3種）SA1A0SQ0SQ1SQ2SQ3EGEYERSGSYSR1xx1111001001000011110000100110110100010101101001100011

6、11100010102022/8/9長江大學(xué) 龍從玉6由上述真值表可知，狀態(tài)指示信號SQ0SQ3與狀態(tài)信號A1A0之間的邏輯關(guān)系可由二進(jìn)制譯碼器74LS138實(shí)現(xiàn)；交通燈的控制信號EG、ER、EY、SG、SR、SY與狀態(tài)指示信號SQ0SQ3之間的邏輯關(guān)系可由集成邏輯門實(shí)現(xiàn)；“交通燈單元”采用紅色、綠色和黃色發(fā)光二極管。其設(shè)計(jì)框圖如圖-2所示。狀態(tài)信號A1A0輸入特殊狀態(tài)控制S狀態(tài)譯碼電路A0A1SSQ0SQ1SQ2SQ3接口電路交通燈單元6對輸出 電 路紅燈黃燈綠燈干道紅燈黃燈綠燈支道 圖-2交通燈控制指示電路框圖2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉72.3、時(shí)間預(yù)置電路的設(shè)計(jì)思路 該電路的主要功

7、能是依據(jù)不同的狀態(tài)信號輸入相應(yīng)的時(shí)間預(yù)置數(shù)據(jù)，從而確定交通燈的燈亮?xí)r間。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)間預(yù)置電路應(yīng)滿足如表-3所示關(guān)系表。因此該電路可由4片集成數(shù)據(jù)選擇器74LS153實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)框圖如圖-3所示。 表-3 預(yù)置時(shí)間數(shù)據(jù)與狀態(tài)關(guān)系表 狀態(tài)A0運(yùn)行時(shí)間預(yù)置數(shù)據(jù)BCD碼備注十位個位0 0Te=20s001000000 1Ty=5s000001011 0Ts=10s000100001 1Ty=5s00000101Te、Ty、Ts和Ty十位預(yù)置數(shù)據(jù) BCD碼Te、Ty、Ts和Ty個位預(yù)置數(shù)據(jù) BCD碼數(shù)據(jù)選擇電路十位預(yù)置數(shù)據(jù)BCD碼輸出個位預(yù)置數(shù)據(jù)BCD碼輸出狀態(tài)信號A1A0輸入 圖-交通燈預(yù)置計(jì)時(shí)

8、顯示電路框圖表-1 D觸發(fā)器邏輯功能表輸 入輸 出SDRDCPCLKDQQ01101001001*1*1111011001110Q0Q 02022/8/9長江大學(xué) 龍從玉8*2.4、計(jì)時(shí)顯示電路的設(shè)計(jì)思路 將倒計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生的輸出經(jīng)顯示譯碼器CD4511和數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號來自數(shù)字計(jì)時(shí)電路，可用計(jì)時(shí)器的輸出信號或借位信號，通過D觸發(fā)器74LS74實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。VCC R2D D2 CP2 S2D Q2 Q274LS74雙D觸發(fā)器8123456711109131214R1D D1 CP1 S1D Q1 Q1 GNDD觸發(fā)器特征方程：Qn+1=D CP左上圖：74LS74D觸發(fā)器引

9、腳圖左下圖：74LS74輸入/輸出波形圖附1、D觸發(fā)器74LS74上升沿觸發(fā)簡介 CPDQQ2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉9圖-1 74LS192引腳排列圖附2、可逆十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS192簡介 置數(shù)控制端: PL ; 清零控制端：MR。加計(jì)數(shù)輸入端5 : UP減計(jì)數(shù)輸入端 4: DN進(jìn)位端 : TCU=Q0Q3輸出負(fù)脈沖借位端: TCD=Q0.Q1.Q2.Q3. 輸出負(fù)脈沖置數(shù)輸入端:D0、D1、D2、D3。數(shù)據(jù)輸出端:Q0、Q1、Q2、Q3。表-2 可逆同步計(jì)數(shù)器74LS192功能表 輸 入輸 出MRPL UPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011

10、加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù) 74LS192具雙時(shí)鐘輸入，能進(jìn)行加、減計(jì)數(shù)。并能異步清零和置數(shù)，功能 圖表如下:D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U174LS192VCC D0 MR TCDTCU PL D2 D3D1 Q1 Q0 DN UP Q2 Q3 GND74LS192910123456781312111514162022/8/9長江大學(xué) 龍從玉10 用Proteus軟件繪制出該電路的原理圖，對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在仿真過程中，分別改變狀態(tài)信號及特殊狀態(tài)信號，驗(yàn)證電路的邏輯功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 4、電路安裝與調(diào)試4.1、電路

11、布局 在多孔電路實(shí)驗(yàn)板上裝配電路時(shí)，首先應(yīng)熟悉其結(jié)構(gòu)。明確哪些孔眼是連通的，并安排好電源正、負(fù)引出線在實(shí)驗(yàn)板上的位置。電路布局時(shí)應(yīng)安排好各個集成塊的位置，以方便連線為原則。電路與外接儀器的連接端、測試端要布置合理，便于操作。狀態(tài)信號、預(yù)置數(shù)據(jù)的輸入端點(diǎn)應(yīng)方便改變其電平。3、交通燈控制電路原理圖繪制與仿真測試2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉114.2、安裝與調(diào)試方法 電路安裝前，要先檢測所用集成電路及其它元器件的好壞。安裝完成后，要用萬用表檢測電路接觸是否可靠、電源電壓大小、極性是否正確。一切正常后才能通電調(diào)試。實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)，注意發(fā)光二極管不能過亮。如果過亮，可串接一個100歐左右的限流電阻。調(diào)試

12、過程中，最好分塊進(jìn)行，如首先調(diào)試“狀態(tài)譯碼電路”、 然后調(diào)試“輸出電路及其交通燈單元”，最后調(diào)試“時(shí)間預(yù)置電路”。5.1、如何實(shí)現(xiàn)特殊狀態(tài)控制功能？5.2、如果采用二進(jìn)制譯碼器74LS139可實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)譯碼電路”嗎？請畫出其邏輯電路圖。5.3、如果“輸出電路”不能正常驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)亮， 應(yīng)如何設(shè)計(jì)圖3中的“接口電路”？5.4、如何實(shí)現(xiàn)“時(shí)間預(yù)置電路”中預(yù)置數(shù)據(jù)直接采用十進(jìn)制形式？畫出其邏輯電路圖并列出所需器件清單。5、 電路設(shè)計(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)問題研究2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉126、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求6.1、課題的任務(wù)及要求。6.2、課題分析與方案選擇。對課題認(rèn)真分析，正確理解，明確設(shè)計(jì)思

13、路。通過各種可實(shí)現(xiàn)的電路原理、特點(diǎn)分析，方案類比，選擇最佳實(shí)現(xiàn)電路。6.3、集成電路及元器件選擇。對設(shè)計(jì)中選定的集成電路及元器件，給出它們的引腳圖、功能表或真值表或主要參數(shù)值。6.4、原理圖繪制及仿真。用Proteus軟件繪出電原理圖，詳細(xì)標(biāo)明各集成電路及元器件的型號，并給出有關(guān)原理圖的適當(dāng)注釋。6.5、實(shí)驗(yàn)測試、問題分析與研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)備清單（名稱、型號、數(shù)量等）；安裝及調(diào)試過程簡介；故障分析及解決辦法；第五項(xiàng)中的問題解答。6.6、總結(jié)?？偨Y(jié)所設(shè)計(jì)課題存在的問題，提出改進(jìn)的設(shè)想；完成本課題后的收獲、體會和建議。2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉13A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y

14、213Y312Y411Y510Y69Y77U174LS138D3LED-RD1LED-GD2LED-YD6LED-RD4LED-GD5LED-Y56U2:C1312U2:D12U2:A34U2:B0特殊狀態(tài)鍵1X061Y71X151X241X332X0102Y92X1112X2122X313A14B21E12E15U874LS1531X061Y71X151X241X332X0102Y92X1112X2122X313A14B21E12E15U774LS1530000101011011010個位R2220RR3220R123U4:A74LS08123U3:A74LS08交通燈控設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)-組合電路設(shè)

15、計(jì) 龍3/8譯碼電路:74LS138譯碼控制交通燈狀態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路：74LS153設(shè)置減計(jì)數(shù)四種狀態(tài)的置數(shù)初值。00:35；01:5；10:30；11:5交通燈指示控制計(jì)時(shí)預(yù)置數(shù)控制00狀態(tài)鍵2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉14VCC20-00+25D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U474LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U674LS192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U54511100

16、0個位十位A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U84511SW1(COM)SW1R110k可逆計(jì)數(shù)器龍121312U1:A74LS11加計(jì)數(shù)與門反饋清零減計(jì)數(shù)借位信號反饋置數(shù)2022/8/9長江大學(xué) 龍從玉15VCCabcdefgVCCVCCY1Y0Y2A0D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U974LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U874LS192A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA

17、13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U114511個位十位A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG14U104511A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U174LS138D3LED-RD1LED-GD2LED-YD6LED-RD4LED-GD5LED-Y56U2:C1312U2:D12U2:A34U2:B01X061Y71X151X241X332X0102Y92X1112X2122X313A14B21E12E15U774LS153001010001110U2:E98U2:F數(shù)字交通燈控制電路龍串反相器延時(shí)S=0,正常計(jì)時(shí)；S=1,應(yīng)急暫停。狀態(tài)干道支道 0 0 綠:25S 紅:25S+ 0 1 黃:5S. +5S. 1 0 紅:15S+ 綠:15S 1 1 +5S.