数字电路课程设计73670new

1、 交通灯控制电路的设计一. 主要内容及提出在城镇街道的十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条通道路上各有一组红、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。二. 设计任务与要求（1） 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道（东西方向）和乙车道（南北方向）两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒；（2） 要求黄灯先亮5秒钟，才能交换运行车道；

2、（3） 黄灯亮时，要求每秒钟亮一次。三. 功能及初步分析甲乙车道各有两组交通灯，用来指示车辆的直行。控制器工作状态及其功能控制器状态信号灯状态车道运行状态S0（00）S1（01）S2（11）S3（10）甲绿，乙红甲黄，乙红甲红，乙绿甲红，乙黄甲车道通行，乙车道禁止通行甲车道缓行，乙车道禁止通行甲车道禁止通行，乙车道通行甲车道禁止通行，乙车道缓行四总体系统的设计及分析 交通灯控制系统的原理框图如下图所示。它主要由控制器、定时器、译码器、显示器和秒脉冲信号发生器灯部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统

3、的重要部分，由它控制定时器和译码器的工作。定时器 甲车道 秒脉冲发生器控 制 器译 码 器 乙车道（1） 甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间间隔25秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（2） 甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道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，乙车道禁止通行。黄灯亮规定的时间间隔5秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（3） 甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道的车辆允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔25秒时，控制器发出状态转换信号，转到下一工作状态。（4） 甲

4、车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续替你高兴。黄灯亮足规定的时间间隔5秒是，控制器发出状态转换信号，系统又转换到（1）种状态。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2表示，则控制器的工作状态及其功能如上面所示。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，规定如下： AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮； AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮； AR=1：甲车道红灯亮；BR=1：乙车道红灯亮；用0表示灯灭。五.单元电路的设

5、计（1）定时器定时器由系统秒脉冲发生器和计数器构成，要求计数器在状态转换信号作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供脉冲信号。计数器主要由两片集成电路74LS161构成。74LS161是同步十六进制计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。其外引线排列图和功能表如下所示 74ls161的功能表CPRDLDEP ET 工作状态0 异步置零10 同步预置零110 1保持11 0 保持111 1加法计数由两片74LS161组成的定时电路图如下所示：其工作原理：由时钟脉冲源输入一个脉冲信号，两个使能端接高电平5V电源，四个输出端接到七段数码显示管，同时利用一

6、个与非门74LS00和两个非门74LS04组成反馈端，分别接到接到清零端和置数端，实现二十五进制的功能。其中有个需要注意的问题是为了实现同步的功能在前一个集成芯片出现一个反馈信号时，必须要先接入一个非门才能接到第二个集成芯片作为它的输入脉冲信号。整个定时器就是这样完成了。同时要把需要的输出信号端接到控制端作为输入的控制信号。（2）控制器控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。选用一个D触发器74LS04构成的T触发器、一个译码器74LS138、一个与门74LS08和两个与非门74LS00来组成控制部分。各个集成器件的外引线脚排列图和功能表如下面所示： 74L

7、S74的功能表输入输 出输 入输 出SD RD CP D Q QSD RD CP DQn+1 Qn+1L H H LH H LL HH L L HH H H H LL L H H 74LS138的功能表 输 入 输 出E3 E2 E1 A2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7L L H H H H H H H HH L D L L LD H H H H H H HH L D L L HH D H H H H H HH L D L H LH H D H H H H HH L D L H HH H H D H H H HH L D H L LH H H H D H H HH

8、L D H L HH H H H H D H HH L D H H LH H H H H H D HH L D H H HH H H H H H H D与门真值表 与非门真值表 A BL=A*B A B L 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 T触发器的特性方程：Qn+1=Qn实现控制器的电路如下：工作原理：通过定时器输入控制信号，红绿灯的控制原理是：当计数器计数到25时，既二进制数00100101，从定时器输送过来的信号，通过与门和与非门输出一个高电平1，而这个高电平输入到由D触发器构成的T触发器进行一次触发，使它输出一个高电平信号

9、让交通灯进行状态转换。在甲车道由原来的绿灯转换为红灯，而乙车道刚刚相反。黄灯的工作原理：由计数器输入控制信号，当计数到20时，即00100000，十进制数的十位输出2，即0010，只有Q1输出一个高电平1，把它接到74LS138的信号输入端G1，而A、B、C三个地址输入端分别接到个位的Q2Q1Q0端进行实现应该从输出端哪个端口输出有效的信号高电平1。现在本电路选择了Y0Y2Y4三个输出端口。输出的数分别为20、22、24.这样就实现了黄灯从20秒起一亮一灭共5秒的功能。（3） 译码器及显示器 其实译码功能在控制器就已经实现了。只是在实现甲乙车道的交通灯状态转换时要加一个非门器件74LS04.显

10、示器由发光二极管来实现交通灯的显示功能，为了保护二极管必须连接一个电阻，使流过的电流不会因过大而把它烧坏了。这里要用到六个200欧姆的电阻和六个发光二极管。实现电路如下：其中控制状态编码与信号灯的关系如下表： 状 态 AG AY AR BG BY BR 00 1 0 0 0 0 1 01 0 1 0 0 0 1 11 0 0 1 1 0 0 10 0 0 1 0 1 0 六.总的电路图七.课程设计总结及体会心得本设计不足之处：有时候一运行电路就输出一个高电平使黄灯亮，可能由于集成器件本身有存储状态的功能，另外是时钟是正常顺序显示，不利于人们的思维习惯，这个电路是要等到交通灯亮到25秒时先转换状态的，0秒时开始通行。有待改进，由于时间仓促，有点遗憾。通过这次的数电课程设计，让懂得了动手的重要性。我学会了如何去使用软件工具把课本上的理论知识运用到实际上来。认识了以前上课没有掌握的每个集成器件的功能作用。在自己设计和思考电路过程中，遇到不少问题，如脉冲信号的同步问题、发光二极管所承受的电流能力等。每一个问题我都是自己一个人去思考并解决。不知不觉中，让自己学会了分析电路的问题。在做完交通灯的设计后，学到了很多知识，熟练的掌握了利用74LS161