数字电子电路课程设计-数字交通灯的设计.doc

数字电子电路课程设计数字电子电路课程设计 数字交通灯数字交通灯 摘 要 此电路由定时器 NE555 构成的多谐振荡器产生秒脉冲 两块 74LS192 芯片 级联成 61 进制倒计时器 计时器输出的数据通过两块 74LS48 译码器最终由两 块七段数码管显示出来 计时部分由倒计时器与逻辑门构成定时器 在每隔 55 秒或 5 秒输出一个脉冲 触发状态控制器工作 状态控制器控制着信号灯的转 换 1 目 录 1 引言 1 2 总体方案论证与设计 2 3 具体逻辑电路设计 3 3 1 秒脉冲 3 3 2 倒计时器 4 3 3 时间显示器 5 3 4 定时器 状态控制器 6 3 5 信号灯显示 7 3 6 总电路设计 8 4 结论 9 5 参考文献 10 1 1 引言引言 交通灯是我们最常见的系统 随着科技的日益创新 交通灯的设计也多式 多样 不同的地点不同的路况需要不同的交通灯 但其设计原理都是大同小异 的 我们这次的设计是用硬件实现交通灯的全部功能 这里用简单的电路来介绍交通灯的工作原理 介绍了数字电子技术中非常 重要的几个芯片 定时器 NE555 4 位十进制可逆同步计数器 双时钟 74LS192 七段显示译码器 74LS48 带小数点 DP 的七段数码管 数据分配 器 74LS138 随着社会的发展 电子技术也日新月异 因而掌握这门技术至关重要 2 2 总体方案论证与设计总体方案论证与设计 1 方案方案 方案 1 由定时器 NE555 构成的多谐振荡器产生秒脉冲 两块 74LS192 芯片级联成 61 进制倒计时器 计时器输出的数据通过两块 74LS48 译码器和两块七段数码 管显示出来 由倒计时器与逻辑门构成定时器 在每隔 55 秒或 5 秒输出一个脉 冲 触发状态控制器工作 状态控制器控制着信号灯的转换 方案 2 方案 2 与方案 1 很大一部分都相同 就定时器那一块有差异 定时器由两 块 74LS162 4 位十进制同步计数器 进行计数而不用倒计时器计数 综合考虑 方案 1 比方案 2 所用的器件要少 比较经济 而且方案 1 容易 连接 易于生成 所以选择方案 1 比较好 2 信号转换信号转换 状态 1 00 东西方向车道的绿灯绿灯亮 车道 人行道通行 南北方向车道的 红灯红灯亮 车道 人行道禁止通行 状态 2 01 东西方向车道的黄灯黄灯亮 车道 人行道缓行 南北方向车道的 红灯红灯亮 车道 人行道禁止通行 状态 3 10 东西方向车道的红灯红灯亮 车道 人行道禁止通行 南北方向车 道的绿灯绿灯亮 车道 人行道通行 状态 4 11 东西方向车道的红灯红灯亮 车道 人行道禁止通行 南北方向车 的黄灯黄灯亮 车道 人行道缓行 3 4 3 具体逻辑电路设计具体逻辑电路设计 3 1 秒脉冲秒脉冲 系统所需要的秒脉冲由定时器 NE555 所构成的多谐振荡器提供 多谐振荡 器如图 1 1 a 所示 图中 NE555 外引线排列如图 1 1 b 所示 其中 1 脚是电路地 GND 8 脚是正电源端 Ucc 工作电压范围为 5 18V 2 脚是低触 发端 TR 3 脚是输出端 OUT 4 脚是主复位端 R 5 脚是控制电压端 Uc 6 脚 是高触发端 TH 7 脚放电端 DISC R1 R2 和 C 为定时电阻和电容 C1 为电 压控制端稳定电容 在信号的输出端产生矩形脉冲 其振荡频率为 f 1 44 R1 2R2 C NE555 4 8 7 6 2 1 3 5 C1 C NE555 GND TR OUT R DISC TH Uc Ucc 1 2 3 4 5 6 7 8 R1 R2 图 1 1 a 图 1 1 b 5 3 2 倒计时器倒计时器 倒计时器由两位 4 位十进制可逆同步计数器 双时钟 74LS192 一个非 门和一或门构成 其组成如图 2 1 a 所示 其中 74LS192 是上升沿触发 CPU 为加计数时钟输入端 CPD 为减计数时钟输入端 LD 为异步预置端 低 有效 CR 为异步清零端 高有效 CO 为进位输出端 当 1001 后输出低电平 BO 为借位输出端 当 0000 后输出低电平 D3D2D1D0 为数据预置端 Q3Q2Q1Q0 为数据输出端 倒计时器初始状态为 01100000 当输入一个脉冲 计时器就会减一 低位的状态是 0000 时 再来一个脉冲 BO 端就会由 1 0 这是高位的 CPD 端由 0 1 高位因得到一个上升沿 从而触发 进行减 1 运算 低位的状态变为 1001 当高低位的状态都为 0000 时 它们的 LD 端就 会接低电平 从而进行异步置数 计时器状态变为 01100000 秒脉冲再来就会 重复以上操作 CPU CPD CR QQQQ 3 2 10 CO BO LD D DDD 3 2 10 11 1 74LS192 CP CP CR QQQ Q DDDD U D 321 0 3 2 10 CO BO LD 74LS192 CP 1 图2 1 6 3 3 时间显示器时间显示器 时间显示器由两片七段显示译码器 74LS48 和两片半导体数码管构成 其 组成如图 3 1 a 所示 74LS48 的外引线排列如图 3 1 b 所示 A3A2A1A0 组成 8421BCA 码为输入端 Ya Yg 为输出端 LT RBI BI RBO 为使能控制端 都是低有效 LT 为灯测试输入端 RBI 为灭零输入端 BI RBO 为灭灯输入 灭零输出端 此半导体数码管为带小数点 DP 的七段数 码管 分为共阴和共阳型 共阴型数码管的 COM 端接低电平 共阳型的则接 高电平 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 十位 A3 A2 A1 A0 LT RBI BI RBD d e com f g d e com f g a b com c Dp g a f b d e c Dp Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 个位 A3 A2 A1 A0 LT RBI BI RBD d e com f g d e com f g a b com c Dp g a f b d e c Dp a 图 3 1 7 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 7 74 4L LS S4 48 8 Vcc Yf Yg Ya Yb Yc Yd Ye A1 A2 LT BI RBO RBI A3 A0 GND b 3 4 定时器 状态控制器定时器 状态控制器 定时器由倒计时器 两个与门 两个与非门和一个或非门构成 逻辑门所 构成的电路如图 4 1 所示 状态控制器有两个 JK 触发器级联而成 如图 5 1 所示 状态控制器实质是一个 2 位二进制异步加法计数器 下降沿触发 当 倒计时器的状态为 01100000 60 或 00000101 5 时 定时器输出 0 其余 状态都是是输出 1 倒计时器的初状态为 01100000 即定时器的初态为 0 倒 计到 00000101 之前定时器的输出都为 1 当到 00000101 时 定时器输出为 0 状态控制器得到下降沿而触发 状态控制器到下一个 01100000 时再次触发 同 时状态跟随转变 这就实现了状态首先隔 55 秒转换一次 接着隔 5 秒转换一次 然后再隔 55 秒转换 如此循环就可以实现定时信号转换的目标 图4 1 定时器 8 74LS138 A0 A1 A2 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 STB 74LS138 Y0Y1 Y2Y3Y4Y5Y6 Y7 A2A1A0 STASTB STC 1 STC STA Y7 GN D Ucc Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Q Q Q Q0 1 1J C1 11L 1J C1 11L 图5 1 3 5 信号灯显示信号灯显示 此部分由一个数据分配器 74LS138 两个与门和 6 个发光二极管构成 其 结构如图 6 1 a 所示 74LS138 的外引线排列如图 6 1 b 所示 其中 A2A1A0 是 3 个二进制代码输入端 Y7Y0 是 8 个输出端 低电平有效 STA STB STC 是使能控制端 当 STA 1 且 STB STC 0 时 分配器才工作 制造二极管的材料不同就会发出不同的光 图 6 1 a 图 6 1 b 9 10 3 63 6 总电路设计总电路设计 NE555 R 1 R 2 C U0 c1c1 4800K 4800K 0 1uF 48 7 6 2 15 0 01uF 3 Ucc 5v CPU CPD CR QQQQ 3 2 1 0 CO BO LD D DDD 3 2 10 11 1 74LS192 CP CP CR QQQ Q D D D D U D 3 2 1 0 3 2 10 CO BO LD 74LS192 CP 1 图2 1 Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 十位 A3 A2 A1 A0 LT RBI BI RBD d e com f g d e com f g a b com c Dp g a f b d e c Dp Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 个位 A3 A2 A1 A0 LT RBI BI RBD d e com f g d e com f g a b com c Dp g a f b d e c Dp a 图 3 1 图4 1 定时器 Q Q Q Q0 1 1J C1 11L 1J C1 11L 图5 1 74LS138 A0 A1 A2 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 STB 74LS138 Y0Y1 Y2Y3Y4Y5Y6 Y7 A2A1A0 STASTB STC 1 STC STA Y7 GN D Ucc Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 11 4 结论结论 5 5 参考文献参考文献 1 陈晰 数字电路试验技术基础 北京 电子工业出版社 1999 2 李元 数字电路与逻辑设计 南京 南京大学出版社 1997 3 郝波 数字电子技术 西安 西安电子科技大学出版社 2004 4 郭斌 数字逻辑电路 北京 电子科技大学出版社 1995 5 程震先 数字电路实验与应用 北京 北京理工大学出版社 1999 12 1 设计题目 简易交通灯设计 1 1 设计目的 1 能独立查阅 整理 分析有关资料 2 能用数字集成电路完成设计任务 3 掌握脉冲产生 整形与分频电路 4 掌握计数 译码与显示电路 1 2 基本要求 1 模拟东西南北两路交通指示灯 2 红灯亮 60 秒 黄灯亮 5 秒 绿灯亮 55 秒 3 数码倒计时显示 1 3 用硬件电路完成全部或部分功能 2 设计过程的基本要求 2 1 基本部分必须完成 发挥部分可以根据自己的能力有选择的完成 2 2 符合设计要求的报告一份 其中包括逻辑电路图 2 3 设计过程中的草稿要求保留 并随设计报告一起上交 3 报告的基本要求 3 1 要求用 A4 纸打印 不允许复印 3 2 装订顺序为 封面 任务书