交通灯控制电路设计报告

1、交通灯控制电路设计报告目录1. 设计任务和要求 2 2. 设计方案的总体思路与选择 31 .时钟信号发生器电路设计论证 42 .定时器设计论证4 3 .控制器论证44 .信号灯的论证43. 电路设计计算与分析 51 .秒脉冲的设计 52 .定时器电路的设计63 .控制器的设计84 .信号灯的设计134. Multisim 简介145. 总结及心得 15六 附录161 .总原理图162 .元件清单17七.参考文献18一.设计任务和要求1 .用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。2 .当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允 许亮绿灯时，主干道亮红灯。3 .主干道交替允许通行，主干道每次放

2、行 25s、支干道25s。 设计25s计时显示电路。4 .在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间， 要亮5s的黄 灯作为过渡，以使行驶中德车辆有时间停到禁止线以外，设置 5s 计时显示电路。二.设计的方案的总体思路与选择根据设计任务与要求，我们可以知道这个交通灯的设计是分 主次干道的，但两个方面的时间是相同的，每次放行25s,这就要求 我们要有一个计数器，用两片74LS192芯片来构成对应进制的计 数器。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，需设计一个 5s的倒计时。74LS192的功能表如表 2-1 :输入输出用Rn%F3F2nro«3靠Q1驳1XXXX&

3、#39;一.XX0Q0口0XVd仁tdGb3011XX:X加计数Qi)¥乂X*减计数表2-1功能表交通灯控制结构图2.1如下:图2.1交通灯控制结构图1 .时钟信号发生器电路设计论证产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置同步工作和实 现定时控制。即可选择555定时器组成多谢振荡器产生1Hz的脉 冲。2 .定时器设计论证定时器实质上是对秒脉冲的计数。由于交通灯是按倒计时显 示的，所以使用倒计时计数芯片。所谓倒计时计数是指进行减计 数。这里我们采用功能强大的 74LS192n芯片。它是一块可预置 数可逆计数芯片。3 .控制器论证控制器是交通灯控制电路的核心。通过主控制计数器(74LS

4、160)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。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。4 .信号灯的论证题中已要求采用信号灯，并且使用红、绿、黄三种颜色。为 了更逼真我们将在各条通道上使用两组相同灯作为各个方向的交 通信号灯，而且从各个方向看去灯的从左到右的顺序为绿、黄、 红排列。三.电路设计计算与分析1 .秒脉冲的设计采用555定时器构成多谐振荡器产生周期为 1s,其频率为1Hz的脉冲。由公式T=0.7(R1+2R2)C采用滑动变阻器R可调

5、占空比，可取C=10uF,R1=1k,R2=30k,滑动变阻器R=47K,带入公式可得f约等于1Hz。具原理图如下：可得示波器输出波形图3.2为:图3.22 .定时器电路的设计定时器实质上是对秒脉冲的计数。由于交通灯是按倒计时显 示的，所以使用倒计时计数芯片。所谓倒计时就是减法计数器。 由于显示2位数，我们需要采用两片74LS192级联构成。当减到 00时，让芯片置成25,这样第00秒将显示25,而不显示00。 我们注意到十位显示只显示 0、1、2,数25。从74LS192的时序 逻辑图中可以看出，它是在计数脉冲的升沿时进行的相应动作， 所以当它置数后要等到下一秒钟的上升沿到来时再进行一次减计

6、 数。在 multisim 选出元件74LS192N,U1ABCDQQQQABCD151LOAD BOCLRCO>UP>DOWN74LS192N图3.3引出端符号：LOAD:置数端；CLR:异步清零端；UP:加法计数；DOWN:减法计数；BO:借位；CO:进位；A B C D:输入端；QA QB QC QD:输出端;级联两片可得出如图5士-图3.4定时器电路3 .控制器的设计主控制器是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

7、绿黄灯亮灭的四种状态：主干道绿灯亮和支干道红灯亮，主干道通行，启动 25s定时器，状态为S0;状态为S1;主干道红灯亮和支干道绿灯亮，支干太 器,状态为S2;主干道红灯亮和支干道黄灯亮,支干 状态为S3。令灯亮为1，灯灰为00：主干道£ 支干道红绿黄等分别为 E、F、G,主支 作是同时进行的。前 25秒主干道绿灯亮 秒南主干道黄灯亮，支干道红灯亮，之后 支干道绿灯亮，接着5秒主干道红灯亮， 环为60秒。状态流程图如下：A S0状态 5MS31通行，启动25s定时道停不，启动5s定时器，绿黄等分别为A、B、C, 亍向干道交通信号灯的工法干道红火凫，之后 525秒主干道红灯亮。支干道黄灯

8、亮，一次循4511 状主干道黄灯亮和支干道红灯亮，主干道停车，启动5s定时器,5秒35秒S2状态图3.5则信号灯译码电路真值表3-1如下表3-1支干道、主干道信号灯译码电路真值输入输出QiQ0ABCEFG00010100010011001010001011100001由真值表写出逻辑函数如下：S0= Qi' Q0'S1=Qi Q0'S2= Q1'Q0S3= Q1Q0A'= Q0'B'=( Q/Q。')'C'=( Q1Q0')'E'=Q。F'=( Q1Q0)G=( Q1Q0')

9、'根据逻辑函数式连接电路图分析说明：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。使用74LS138预置数，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 码管显示主干道绿灯和支干道红灯的预值（25秒），预置：0011,0101;当其减到0时，计数器产生借位，此时干道绿灯和支干道 红灯同时灭。然后将南主干道黄灯和支干道红灯的预值（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

10、 :顶置数Z7高位DZ6高位CZ5高位BZ4高位AZ3低位DZ2低位CZ1低位BZ0低位A译码器输出3500110101Y05000001012500000101Y3附：74LS138译码器功能表和引脚如表 3-3输入输出G1G2A+G2BC B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y70XX X X11111111X1X X X11111111100 0 001111111100 0 110111111100 1 011011111100 1 111101111101 0 011110111101 0 111111011101 1 011111101101

11、1 11111111074LS138DA B C45G1 G2A G2B*Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138有三个附加的控制端 G1、G2A和G2B。当、时，输 出为高电平（S=1）,译码器处于工作状态。否则，译码器被禁 止，所有的输出端被封锁在高电平，如表所示。这三个控制端也 叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩 展译码器的功能带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配 器。在图电路中如果把作为“数据”输入端（同时），而将作为“地 址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送 出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。 例如当=101时， 门的输入

12、端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端。A B C 为地址输入端，Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7为输出端。图3.6 74LS138D的功能电路74LS162功能表和弓|脚如图3.715ABCD XQQQQRCPT NN ABCD EE710LOADCLRCLK74LS162D*图3.7RCO:进位输出端CLK时钟输入端（上升沿有效）；CLR异步消除输入端（低电平有效）；LOAD:同步并行置入控制端（低电平有效）；A B C D:输入端；QA QB QC QD:输出端。74LS138和74LS162实现的主控制图如图 3

13、.8图3.84 .信号灯的设计该信号图如图3.97408N图3.9四.Multisim简介Mutltisim是一种仿真软件，进入其软件系统，如同拥有一个虚拟电子实验室，里面有许多元件库。界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。其菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作Multisim 提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过 View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打 开或关闭，再通过顶层

14、工具栏中的按钮来管理和控制下层的工 具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。其中元件工具栏由两部分组成，即虚拟元件工具栏和实际工具栏。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。Multisim以库的形式管理元器件，通过菜单Tools/ DatabaseManagement 打开 Database Management （数据库管理）窗口（如下图所示），对元器件库进行管理。在 DatabaseManagement窗口中的Daltabase列表中有两个数据库： Multisim Master 和 User。其中 Mult

15、isim Master 库中存放的是 软件为用户提供的元器件，User是为用户自建元器件准备的数据库。用户对Multisim Master数据库中的元器件和表示方式没 有编辑权。Multisim对电路进行仿真运行，通过对运行结果的分析，判断设计是否正确合理，是 EDA软件的一项主要功能。为此，Multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，可以从Design工 具栏®Instruments 工具 栏，或用 菜单命 令(Simulation/ instrument )。五.总结及心得拿到数字电路交通灯这个课题后，我们就开始查阅相关资料, 经过一周多的时间终于完成了该课程设计。通过

16、一周多不断的查 资料让我们积累了许多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用 技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用，我深刻体会到了数子电路技术对当今现代社会的重要作用经过这次设计，我学会了许多东西，学会了严密的思考，构想及怎样把计划付诸于实 际行动之中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到 自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际性的问题还不能够 解决，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解 决实际问题的能力，缺乏些高效利用及筛选大量资料的能力，缺 乏资源共享及应有的团队合作精神，有待进一步提高，我应当学 好自己的专业知识以适应不断发展的社会。在这次课程设计中，我学会了如何

17、有效的利用网络资源及图 书馆的藏书，找到了几个很不错的专业网站，为以后的查阅专业 方面的信息和相互之间的交流打下了坚实的基础，学会了如何看 电路图，识别电路图，提高了自己的专业技能，同时也培养了自 己独立解决实际问题的能力，也培养了自己认真和严谨的科学态 度，收到了很大的启发，为以后的工作积累了些宝贵的经验。六.附录1.总原理图如图1-1下:B Q C Q<D QILOABCLR CCLKuF10uF5V8VCC4RST OUI3T,0Konm_5%DISTHRTRICONGND5)%Key = A 47KOhm6 ci.5%51 LM555CM*7404N2.5 V2.5 VVDD2.

18、5 V支干道VDDQ/QVDD74LS138):1GNDA B C7408N*7408N*QQQ QQ ABC DEE-LOADCLR74LS162D*7432N*7404N7404N*2.5 V7404N*主干道02.5 V7408DCD_HEX-LOAE-B CLR -CUPDOWN74IS192N'A Q.UPDOWNT5VG1-G2A 丫跖-G2BY6 7v015 Y11430KOhm_电子学工作台801-111 Peter Street 多伦多N M5V 2H1 (416) 977-5550标题交通灯控制电路源翔:红绿灯设计 史稳稳文本编号0001修订1.0审核日期Dec 26, 2011尺寸C批准图纸1 of 1图5.12.元件清单如表5-1元件序号型号主要参数数量备注1LM555CM1脉，性生器274LS192N2可逆计数器374LS138D1译码器474LS16