数字电路红绿灯

数字电路红绿灯

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一、设计任务和要求

在城镇街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，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。

1．东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。 2．南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间25s。 3．东西方向或南北方向黄灯亮，时间均为5s。 二、设计方案的选择与总体设计思路

根据设计任务和要求，而确定交通灯控制器电路的系统工作框图如下2-1。

通过主控制计数器（74LS160）控制电路的运作和红绿黄灯三种信号灯的转换，用两条Q1Q0输出取四种状态。

秒脉冲发生器产生整个系统的脉冲，通过两片减法计数器（74LS192）达到控制东西方向和南北方向每种工作状态的持续时间的十位和个位。减法计数器的借位端为主控制电路翻转的脉冲信号来完成状态的改变，同时主控制电路的输出状态又控制了减法计数器的下次计数的初值。

采用译码器（74LS138）译码。减法计数器的十位和个位分别接译码器和静态数码管来显示时间的倒计时。通过电路与静态显示管来循环显示25,5,25,5这四个数。 交通信号灯控制电路分为: ·状态控制电路 ·初值预置电路 ·数字显示电路 ·秒脉冲电路

译码.显示减法计数器 预置数控制 东西方向南北方向干道交通 干道交通 交通信号灯状主控制电路

系统工作框图2-1

三、电路设计模块与分析 ·交通灯控制系统的原理如下

东西方向 秒脉倒计信号南北 方

·状态控制电路

主控电路属于时序逻辑电路，状态控制器是系统的核心部分，由它决定交通灯处于哪一个运行状态。从而使相应的交通灯点亮，并决定下一个状态的预置电路该预置的信号灯的预置值。通过74LS160控制主支干道红绿黄灯亮灭的四种状态S0（南北方向绿灯亮东西方向红灯亮）S1（南北方向黄灯亮.东西方向红灯亮，S2为南北方向红灯亮.东西方向绿灯亮）S3（南北方向红灯亮.东西方向黄灯亮）。

令灯亮为“1”，灯灭为“0”，南北干道红绿黄等分别为A、B、C，东西干道红绿黄等分别为E、F、G，东西，南北方向干道交通信号灯的工作是同时进行的。前25秒南北方向绿灯亮东西方向红灯亮，之后5秒南北方向黄灯亮.东西方向红灯亮，之后25秒南北方向红灯亮.东西方向绿灯亮，接着5秒南北方向红灯亮.东西方向黄灯亮，一次循环为60秒。 状态流程图如下

S3状态 S1状态 S0状态

S2状态 图3-1 状态转换图

则信号灯译码电路真值表如下

表3-1 东西方向.南北方向干道信号灯译码电路真值

输入 输出 Q1 Q0 A B C E F G

0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 由真值表写出逻辑函数如下：

S0= Q0'Q1' S1=Q0'Q1 S2=Q0Q1' S3=Q0Q1

A'=Q0' B'=(Q0'Q1')' C'=(Q0'Q1)' E'=Q0 F'=(Q0Q1) G=(Q0Q1' )'

根据逻辑函数式连接电路图吗，在Multisim中如图3-2：

分析说明：74LS162代替74LS160，用反馈信号接成四进制计数器，CLK接状态转换控制信号。 ·初值预置电路

当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。由于Multisim的问题，本来预置数为25,5,25,5，现在根据原理，预置数要改为35,5,35,5,将数码管显示南北方向绿灯和东西方向红灯的预值（25秒），预置：0011，0101；当其减到0时，计数器产生借位，此时南北绿灯和东西方向红灯同时灭。然后将南北方向黄灯和东西方向红灯的预值（5秒），预置0000,0101；重复上述转换功能，实现倒计时计数。

预置数如表3-2：

图3-2 表3-2 预置数

预置数 Z7 Z6 Z5 Z4 Z3 Z2 Z1 Z0 译码器输出 高位D 高位C 高位B 高位A 低位D 低位C 低位B 低位A 35 0 0 1 1 0 1 0 1 Y0 5 0 0 0 0 0 1 0 1 Y1 35 0 0 1 1 0 1 0 1 Y2 5 0 0 0 0 0 1 0 1 Y3 Z7=0 Z6=0

Z5= Y3'·Y2·Y1'·Y0

Z4= Y3'·Y2·Y1'·Y0 Z3=0

Z2=Y0·Y1·Y2·Y3 Z1=0 Z0=Y0·Y1·Y2·Y3

预置数电路如图3-3：

图3-3

电路分析：由预置数表可知，低位计数器的预置数始终为五，可直接置数。高位的置数在3和0之间交替进行，高位的低两位可直接由Y0和Y2控制，因此将A和B

相连，由Y1和Y2相或控制。红绿灯的状态有（74LS138）译码，在输出端产生Y0、Y1、Y2、Y3四个置数信号。 ·数字显示电路

用两片计数器74LS192接成百进制剪发计数器，低位片的借位输出端接高位片的减脉冲输入端。高位的借位端用作主控制电路翻转的脉冲信号来完成状态的改变，同时主控制电路的输出状态又控制了减法计数器的下次计数的初值。由置数模块采用译码器（74LS138）译码。减法计数器的十位和个位分别接译码器和静态数码管来显示时间的倒计时。通过电路与静态显示管来循环显示25,5,25,5这四个数。电路如图3-4： ·秒脉冲电路

以555定时器接外接电路形成多谢振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，用作计数器及D触发器的clk信号。555定时器引脚图如3-5所示，由脉冲频率公式：

f=1／（R1+2R2）C㏑2

要使f=1Hz，可选择R1=44.2K，R2=47K，C=10μF，形成电路图如图3-6所示。

电路说明：由于Multisim仿真速度的，将实际电路改为由555产生1Khz的方波信号来代替秒脉冲电路。示波器仿真结果见图3-7： 四、总设计电路图

见图4-1

图3-4 图3-5 图3-6

图3-7

五、心得体会

刚拿到课题时，对课程设计该怎么弄无从下手。于是我静下心来，温故下数字电路的课本及相关的参考书。然后参仔细认真分析了下题目，照参考书上的例题，了解一般电路的分析和设计，掌握一些常用重要芯片的用法和工作原理。然后采用把整个设计化为小模块的方法，写真值表，列表达式，化整为零的方法来设计。一个个模块相继慢慢完成，最后考虑怎么相连整合成整个设计电路。碰到没有见过或用法说明不清楚的芯片时，只能自己查阅资料，搜集管脚图，即学即用。这样让我对芯片的特性和用法，功能等有了深刻的记忆及应用。

然后设计仿真就出了很多问题，原来电脑仿真是绝对的理想化，仿真中的时间和现实中的时间是不一样的，仿真时间受电脑运行速度的控制，对于一些逻辑仿真软件只能按顺序执行，并不能完全反应真实的情况，对于悬空的引脚电脑并不自动设为高电平，而是不予处理，与实际中还有很大差别。这次课程设计既考验了我们对课本理论知

识的掌握，也考察了我们的动手和分析能力，掌握集成芯片的使用，拓展我们多方面的思维。

设计过程中不断遇到问题，分析系统电路和实际问题，通过查资料，请教商老师和同学讨论等途径解决实际问题。也培养了我严谨细心的态度，因为一不留心接线就会出错。

学了一个学期的《数字电子技术基础》课程，直到这次课程设计时，才发现，原来自己掌握的知识那么有限，能够运用到实际中的知识更是少之又少。平时，我们都只是学习原理知识，但是没有进行实践。课本知识固然重要，但是实践环节也是不可或缺的环节。许多知识学了就忘，很难将它们长期的保存在脑海中。而且在这次设计中也让我练习了下Multisim和word的学习，熟悉了对画图软件的应用。所以这样的实习还是很有意义和收获的。 六、元件清单

表6-1

数量 描述 参考_ID 3 7404N U1, U13, U14 1 74LS162D U2 4 7408N U3, U4, U5, U6 1 7403N U7 2 74HC192D_4V U10, U11 1 74LS138D U12 1 7432N U15

七、参考资料

[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社

[2]孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术基础课程设计[M]. 北京：高等教育出版社

[3]梁宗善. 电子技术基础课程设计[M]. 武汉：华中理工大学出版社

[4]张玉璞，李庆常. 电子技术课程设计[M]. 北京：北京理工大学出版社