倒计时交通灯课程设计论文

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术课程设计 题 目： 倒计时交通灯控制逻辑电路 学生姓名： 专 业： 班 级： _ 学 号： 指导教师： 课 程 设 计 任 务 书一、 设计题目倒计时交通灯控制逻辑电路设计二、 主要内容及要求要求实现逻辑功能：1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间 20s。2、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 20s。3、红绿灯变换 3 秒前，黄灯处于闪烁状态，红绿灯变换后黄灯熄灭。4、采用两位数码管显示时间倒计时，倒计时结束红绿灯自动变换。三、 设计进程安排1、 复习归纳触发器、计数器的逻辑功能2、 查找常用器件的资料，包括：型号 中文名称 英文名称7473 双 j-k 触发器(带清除端) Dual JK FF(Clr)7474 正沿触发双 d 型触发器( 带预置端和清除端) Dual D-type FF(pre,clr)74138 3-8 线译码器/多路转换器 3-To-8-Line Demultiplexer74153 双 4 选 1 数据选择器/多路选择器 Dual 4-to-1 Data Sel/MUXCD40192 同步可逆计数器(bcd,二进制) Synchronous Up/Down CounterCD4511 十进制/七段译码器 decimal counter/seven-phase decoder 3、采用 multisim 辅助设计电路，并进行调试。4、完成任务设计书。四、 总评成绩第 3 页 共 29 页倒计时交通灯控制逻辑电路设计一、设计任务与要求要求实现逻辑功能，在 1-3 状态循环。1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间 20s。2、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 20s。3、红绿灯变换 3 秒前，黄灯处于闪烁状态，红绿灯变换后黄灯熄灭。4、采用两位数码管显示时间倒计时，倒计时结束红绿灯自动变换。二、方案设计与论证1、分解任务要求任务要求实际上就是 3 个状态，不妨设：S1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间 20s；S2、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间 20s；S3、黄灯闪烁，时间 3s。【表 1】主电路状态与指示灯状态转换主电路状态S1R S1G S2Y S3R S3GS1 1 1S2 1S3 1 1灯数 南北 R2 东西 G2 东南西北Y4东西 R2 南北 G2注:R，G，Y红，绿，黄灯。第 4 页 共 29 页根据【表 1】可知，设计电路只需要 3 组输出端控制指示灯，指示灯都是以 2 个或 4 个一组。总计需要 个灯。1242、输出指示灯状态设计（显示电路）按照【表 1】，画出显示电路设想控制电路，如上图，这个电路有 5 个输入端，只要按照要求输入信号，可以达到设计要求。3、显示电路的改进由设想电路和状态表可以看出南北路红灯和东西路绿灯总是同时点亮和熄灭，南北路绿灯和东西路红灯也总是同时电路和熄灭，因此电路的输入控制端可以简化为 3个，如右图所示。4、主电路设计、主电路实现 S1S2S3 状态的转换，第 5 页 共 29 页 、电路转换条件是时间，电路中需要时钟控制，即时序逻辑控制电路。、实现 S120S，S23S，S320S方案一、S1-S3 使用 2 个 SR 锁存器，设置 00，01，10 三个状态，这三种状态恰恰对应电路中 S1、S2、S3 三种状态。、采用 74LS74 与外围元件构成脉冲发生器，用于产生脉冲信号。、使用 4 个 JK 触发器，实现 4 位计数，作为倒计时显示电路用。、采用 2 个 CD4511 和 2 个七段数码管作为倒计时显示电路。方案二、由 D 触发器 74LS74 与外围元件构成单稳态电路，用于 S1、S2 状态切换（S1、S2 正好是相反的状态）。D 触发器是边沿触发器，能够实现 5、6 管脚同时转换，即东西路和南北路的同时变换。、黄灯闪烁电路可以采用 NE555 振荡电路实现，接收到控制端的信号，NE555 的第 4 管脚得电开始工作，第三脚可输出脉冲信号，并且调整 C6 或 R23 可以改变闪烁频率。R10kVCLK3SQUA7uFGN9东第 6 页 共 29 页VT4805R271kIGOU3SCLHDNE.uF9东采用 CD40192 作为倒计时控制器件，其输出端可直接作为信号灯变化信号。方案对比方案 项目 实现方法 优点 缺点S1-S3 2 个锁存器 简单 电平触发，与时钟信号不匹配、无法实现闪烁功能脉冲发生器 触发器 信号稳定 价格较高、电路结构复杂一计数电路 4 个 JK 触发器复杂S1-S3 1 个 D 触发器和一个简易脉冲信号发生器边沿触发，与时钟信号匹配，控制精度高脉冲发生器 NE555 简易信号发生器成本低容易实现频率微调脉冲信号精度稍差些二计数电路 2 个 CD40192 容易处理，可第 7 页 共 29 页计数器 显示数值综合考虑，为使电路简化、运行稳定，选用方案二。三、单元电路设计总体模块设计1、时钟模块：采用 NE555 和 RC 电路组成振荡电路，产生 1HZ 时钟信号。2、计时器模块：使用 2 个带预置数的十进制计时器 CD40192 构成 20 秒倒计时计时器。3、显示模块：采用 2 个 CD4511 作为译码器，将 CD40192 输出的二进制数转化为 BCD 码，通过七段数码管显示出具体数值。4、红绿灯转换模块：D 边沿触发器和其他元件构成单稳态触发器，每接收一个脉冲，红绿灯即交替一次。5、黄灯闪烁模块：NE555 构成振荡电路，检测到 03 02 01 时，输出脉冲信号，黄灯处于闪烁状态。第 8 页 共 29 页四、总电路工作原理及元器件清单1总原理图第 9 页 共 29 页第 10 页 共 29 页2电路完整工作过程描述（总体工作原理）3、CD40192 工作状态以及状态分析CD40192 工作状态（个位）CD40192 7CD40