(完整word版)交通灯课程设计

1、数字逻辑课程设计报告姓名:学号:选课号:一、设计题目交通灯控制器二、设计要求1.1. 东西方向为主干道，南北方向为副干道；2.2. 主干道通行 4040 秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；4.4. 换向时要有 4 4 秒的黄灯期；5.5. 南北通行时间为 2020 秒，至叩寸间则转换，若未到时，但 是南北方向已经无车，也要转换。6 6 .附加：用数码管显示计时。三、设计过程1.1.交通控制灯总体设计方案整个交通控制灯电路可以用主控电路控制交通灯电路的亮灯顺序，用计数器控制亮灯时间并给译码器输入信号以便数码管显示时间，用函数发生器产生频率为 1Hz1Hz 的矩形波信号以供计数器计数。框

2、 图如下：十字路口车辆运行情况只有 4 4 种可能(在副干道有车时)：(1)(1)设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和 支红灯亮，持续时间为 40s40s。(2)(2)40s40s 后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯 和支红灯亮，持续时间为 4s4s。(3)(3)4s4s 后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支 绿灯亮，持续时间为 20s20s。(4)(4)20s20s 后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯 和支黄灯亮，持续时间为 4s4s。4s4s 后又回到第一种情况，如此循环反 复。因此，要求主控制电路也有 4 4 种状态，设这 4 4

3、 种状态依次为：S0S0、S1S1、S2S2、S3S3。即:74LS160N5V这四个状态可以用用一个 4 4 进制的异步清零计数器(74LS160)(74LS160)进 行控制并作为主控部分， 控制亮灯的顺序。 再用两片计数器(74LS160)(74LS160) 控制亮灯时间，分别计数 4040、2020、4 4。2 2.主控电路QAQBQCQDRCOENPENT-LOAD-CLRCLK2VCC74LS160N5V主控电路是由一块 74LS16074LS160 接成的 4 4 进制计数器，即当 QCQC 为 1 1 时用异步清零法立刻将计数器清为零，同时，另外两片74LS16074LS160

4、 计数器产生的清零信号与主控电路的计数器的计数 CLKCLK 连接，即当计 数器一次计数完成后（一种的状态的亮灯时间过后），计数器清零，同时主控电路 CLKCLK接收一个脉冲，跳至下一状态。如此循环变可实 现四个状态的轮流转换。3 3计数器计数器的作用：一是根据主干道和副干道车辆运行时间以及黄灯 切换时间的要求，进行 40s40s、20s20s、4s4s 3 3 种方式的计数；二是向主控 制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要单位脉冲作时钟信号外， 还应受主控制器的状态控 制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态 S0S0 时开始 40s40s 计数；

5、若在S0S0 状态的 40s40s 过后，副干道没有车，则使主控制器始终 清零，保持在 S0S0 状态 （单刀双掷开关处于高电平） ， 继续保持主干道 路灯亮， 副干道红灯亮。40s40s后如果副干道有车，则恢复主控制器正 常状态（单刀双掷开关处于低电平），计数器产生归零脉冲，并向主 控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态 S1S1， 计数器开始 4s4s 计数， 4s4s 后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态 转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2,S2,计数器开始 20s20s计数；如果副干道一直有车则 20s20s 后也产生归零脉冲， 使主控制器进 入 S3S3状

6、态，如果在 20s20s 内没有车，则给主控制器传送一个脉冲信号 （即按下按键开关，此时单刀双掷开关处于低电平） ，使主控制器直 接跳到 S3S3 状态，同时计数器清零，计数器又开始 4s4s 计数；4s4s 后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零, 主控制器回到状态 so,so,开始新一轮循环。根据以上分析，设 40s40s、4s4s、20s20s、4s4s 计数的清零信号分别为AB B、CD,D,S0S0 状态时副干道有车信号为 P P，S2S2 状态时副干道有车信号 为 Q Q 则计数器的归零信号 S S 为： S=A+B+C+D+QS=A+B+C+D+QA=Xo

7、X1 （Q2Q2 高位）B=XB=X Xi （Q1Q1 高位）C=C=XoX （Q2Q2 低位）D=D=XoXi （Q2Q2 低位）Q=1Q=1主控制器的归零信号为：P=P= 莎荡 1 1电路图如下：74LS160Nss客 CLK74LS160N141315CLRCLR 是清零端，低电平有效；CLKCLK 是脉冲输入端口，低电平有效；（一 般情况下 CLKCLK 为高电平有效，本次实验 的 CLCLK K是低电平有效，设计电路要特别注意）ABCDABCD 数据输入端；LOADLOAD 为预置端，低电平有效;QaQbQcQdQaQbQcQd 数据输出端；74LS160 真值表清零预置使能时钟预置

8、数据输入输出工作模式RDLDEPETCPD D D D3210Q Q Q Q32100XXXXXXXX0 0 0 0异步 7 冃零10XXTd3d2d1d0d3d2d1d0同步置数110XXXXXX保持数据保持11X0XXXXX保持数据保持1111TXXXX十进制计数加法计数四、设计结论1 1.数码管时序图时间砂）上图是 0-18s0-18s 的时序图，0-10S0-10S 内，低位从 0 0 变到 9 9,高位为 0 0, 当低位从 9 9 变为 0 0 时，高位从 0 0 变为 1 1,低位继续计数至输出 3939。2.2. 主控制器时序图控制器由 0000 变为 0101，同时高位与低位

9、同时清零，进入状态 S1S1 的计数，4s4s 后，主控制器由 0101 变为 1010,进入状态 S2,S2,同时高位与低位 同时清零，进行 20s20s 的计数，之后进入 S3S3 状态，最后再回到 S0S0 状态, 如此循环。3.3.交通灯时序图时间砂）当 40s40s 时，主控制器由 0000 变为 0101,则主干道绿灯灭，副干道不 变，在主控制器为 0101 的 4s4s 内，主干道黄灯一直亮，4s4s 后，主干道黄 灯灭，红灯亮，副干道由红灯变为绿灯，进入 S2S2 状态；S2S2 状态结束 时已经是总第 64s,64s,进入S3S3 时，主干道维持不变，副干道绿灯灭， 黄灯亮，

10、由 S3S3 进入 S0S0 时，主干道红灯灭，绿灯亮，副干道黄灯灭， 红灯亮，然后重复。4.4. 特殊情况（副干道无车）时序图当主干道通行时，40s40s 后副干道无车，则将单刀双掷开关拨至高电平（图中双掷开关一直处在高电平），由上图可以看到 40s40s 后主控制 器仍处在 S0S0 状态，两个数码管归零，重新计数。当单刀双掷开关拨至低电平，在 S2S2 状态内(总第 44-64S44-64S 内),若副干道无车，则按下按键开关，给一个脉冲 (由于时间极短，原图 中未能显示，上图中的脉冲式加上去的，便于观察)，则主控制器直 接跳入 S2S2 状态，同时译码管归零，重新开始 S2S2 状态的

11、计数。5.5. 结果分析通过以上分析，交通控制灯的要求全部实现。6.6. 设计中遇到的问题(1)(1) 交通 74LS16074LS160 的 CLKCLK 是低电平有效，设计的时候应特别注意；(2)(2) 刚开始设计时，把低位 74LS16074LS160 的 RCORCO 通过反相器连到高位 的 CLKCLK 上，结果发现当低位数码管显示 9 9 时，高位已经变成 1 1,后 改成现在的连接方式，即并行级联方式。(3)(3)刚开始总的设计思路总想不出来，后来通过翻阅有关书籍和上 网查询，最终确定了试验总体思路；（4 4）实验中 CLKCLK 的产生本应使用 555555 定时器，但没有调出来，由于 电子实验课上使用的是 1Hz1Hz 的函数发生器产生脉冲，故本实验也采 用这种方式。7 7设计心得和体会本次实验采用 multisimmultisim 搭建电路，最后仿真成功。 设计过程中出 现了不少问题， 因为根本就不知道从哪里入手，