數(shù)字電路課程設計--簡易交通燈控制邏輯電路設計

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設計</p><p>　　題目：簡易交通燈控制邏輯電路設計</p><p><b>　　學校： </b></p><p>　　學院：電子與信息工程學院</p><p><b>　　專業(yè)：通信工程</b></p><p>　　班級：13通信

2、（本1）班</p><p><b>　　學號：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p>　　2015.07.05</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設計任務與要求............

3、......................................2</p><p>　　二、方案設計與論證...................................................2</p><p>　　方案一 ................................................................3</

4、p><p>　　方案二 ................................................................4</p><p>　　三、單元電路設計.......................................................5</p><p>　　1．倒計時計數(shù)器...............

5、..................................5</p><p>　　2．黃燈控制電.....................................................6</p><p>　　3．信號燈轉(zhuǎn)換電路..............................................7</p><p>　

6、　4．交通燈顯示電路 ..................................................8</p><p>　　5．緊急開關(guān)................................................. . .....9</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單...............................

7、.........10</p><p>　　1．總原理圖........................................ ........... ....10</p><p>　　2．元器件清單........... ........... ........... ........... ......10</p><p>　　五、仿真調(diào)試與分析：..

8、.............................................11</p><p>　　六、結(jié)論與心得...........................................................15</p><p>　　七、參考文獻.....................................................

9、..........15</p><p>　　一、設計任務與要求 </p><p>　　1．東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，時間15s。 2．東西方向與南北方向黃燈亮，時間5s。 3．南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，時間l0s。 4．如果發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。 </p><p>　　二、方案設計

10、與論證 </p><p>　　根據(jù)設計任務與要求，我們可以知道這個交通燈的設計是分主次干道的，兩個方面的時間是不同的，東西方向通行15s，南北方向10s，這就要求我們要有兩個計數(shù)器，根據(jù)我自己的經(jīng)驗，東西方向通行15s完，倒計時數(shù)字顯示器會顯示到0，然后切換到南北方向通行10s完之后， 倒計時數(shù)字顯示器也會顯示到0之后然后切換到東西方向，這樣如此循環(huán)，這樣的話我們就要設計一個16進制和一個11

11、進制的計數(shù)器，根據(jù)我們所學和知識，可以用兩片74192芯片來構(gòu)成對應進制的計數(shù)器，由于是15和10之間循環(huán)切換，我們可以用利用JK觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能來實現(xiàn)兩種進制計數(shù)器之間的切換；當然還有每個方向倒計時只有5s時，黃燈閃，一直到0為止，由于黃燈是當兩個計數(shù)器倒計時到5時開始閃，我們就可以在這時發(fā)出一個脈沖然后一直保持到0，或者是接收0~5這段時間的脈沖都可以控黃燈只在到了這段時間才亮；還有就是一個緊急開關(guān)，我們可以控制在出現(xiàn)緊急情況時使用

12、清零端使之清零，并且紅燈直接接到電源，使之一直處于亮的狀態(tài)。</p><p><b>　　方案一： </b></p><p><b>　　交通燈控制原理圖：</b></p><p><b>　　1) 正常運行時 </b></p><p>　　首先倒

13、計時預置數(shù)，通過秒脈沖源給倒計數(shù)器發(fā)送秒脈沖，倒計時器開始倒計時，驅(qū)動時間顯示器顯示，并且交通燈也正常運行，當?shù)褂嫊r器計到5s時，我們當然同時可以在時間顯示器上看到，這時倒計時器驅(qū)動黃燈控制器，使正在亮綠燈方向的黃燈閃爍，當?shù)褂嫊r器計到0時，驅(qū)動計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器，使倒計時器預置為另一個進制，并同時控制和改變交通燈的顯示，其實就是計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器既可以完成進制轉(zhuǎn)換，也同時充當了交通燈的轉(zhuǎn)換功能。如此往復循環(huán)。 </p>

14、<p><b>　　2) 緊急情況時 </b></p><p>　　當按下緊急開關(guān)時，倒計時器一直處于清零狀態(tài)，車輛通行的交通燈四個方向的紅燈同時亮起。并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復正常時通過緊急開關(guān)可以切換哪個方向先通行。</p><p><b>　　方案二： </b></p><p>

15、;<b>　　交通燈控制原理圖：</b></p><p><b>　　1) 正常運行時 </b></p><p>　　由555定時器計時，驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯示，當一個方向的計數(shù)完成之后會產(chǎn)生一個脈沖，給通道選擇器， 然后通道選擇器驅(qū)動計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到另一個進制，由計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器預置555定時器的定時時

16、間，然后再驅(qū)動交通燈選擇器控制交通燈的顯示，如此往復，其中555定時器是由電阻和電容來控制定時時間，其中的計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器就可用一個數(shù)據(jù)分配器74138來選擇所需電阻的大小來控制，通道擇器就可用兩個JK觸發(fā)器構(gòu)成一個四進制的計數(shù)器，其中兩個輸出端就可以來作為計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器74138的輸入，并且這兩個輸出端還可作為交通燈選擇器74138的輸入。 </p><p><b>　　2) 緊急情

17、況時 </b></p><p>　　當按下緊急開關(guān)時，使交通燈選擇器的使能端為0，各個方向的紅燈直接接到電源，這樣可以使車輛通行的交通燈四個方向的紅燈同時亮起。 </p><p><b>　　選擇：  </b></p><p>　　通過這兩個方案的對比，由第二個方案用的是555定時器來計時，所

18、以無法顯示倒計時的時間， 并且在出現(xiàn)緊急情況后恢復正常時也不能通過緊急開關(guān)切換哪個方向先通行。我覺得第一個方案更符合我們的實際要求，所以我選擇了第一個方案。 </p><p><b>　　三、單元電路設計 </b></p><p><b>　　1．倒計時計數(shù)器 </b></p><p&g

19、t;　　這里是采用兩片74192兩片芯片構(gòu)成16和11進制計數(shù)器，控制個位數(shù)字的74192的減計數(shù)控制端接1HZ的脈沖輸入，其中輸入端A、C是接在一起并接在進制控制器的輸出端。其中兩個74192的置數(shù)端是由控制十位數(shù)字的74192一個高位輸出端QD通過一個非門接過來的，并且低位輸入端A接高電平，控制十位數(shù)字的74192的減計數(shù)控制端接控制個位數(shù)字的74192的借位輸出端BO。兩個74192的清零端都接在緊急開關(guān)的一端。如下圖：</

20、p><p><b>　　2．黃燈控制電路 </b></p><p>　　這里是采用數(shù)據(jù)分配器74138，該芯片的輸入端A、B、C 分別接倒計時計數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192的輸出端QA、QB、QC，為了保證是在顯示器只是在顯示0~5s時黃燈亮，應把此74138的使能端G1由倒計時計數(shù)器中的控制十位數(shù)字的74192的輸出端QA與由倒計時計數(shù)器中的控制

21、個位數(shù)字的74192的輸出端QD通過一個或門再經(jīng)過一個非門接過去。</p><p>　　然后6輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端。如下圖：</p><p>　　然后6輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的，也即黃燈控制器的輸出端

22、。如下圖： </p><p>　　3．信號燈轉(zhuǎn)換電路（計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器） </p><p>　　信號燈轉(zhuǎn)換器其實就是由計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，即一個JK觸發(fā)器，其中J、K端都同時接高電平，即構(gòu)成了一個T觸發(fā)器，目的就是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計時計數(shù)器中的兩片74192的八個輸出端經(jīng)過一個或門然后經(jīng)過一個非門接入。如下圖：</p><p>　

23、　4．交通燈顯示電路 </p><p>　　一個方向的紅燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端~Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個或門接入，黃燈是由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門以及一個黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個1HZ的脈沖源，這三個輸出端再經(jīng)過一個與門接入，綠燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門，這兩個輸出端再經(jīng)過一個與門接入；另一個方向的紅燈由信

24、號燈轉(zhuǎn)換電路的正向輸出端Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個或門接入，黃燈是由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端~Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門以及一個黃燈控制電路的輸出端經(jīng)過一個1HZ的脈沖源，這三個輸出端再經(jīng)過一個與門接入，綠燈由信號燈轉(zhuǎn)換電路的反向輸出端~Q和一個緊急開關(guān)的輸出端經(jīng)過一個非門，這兩個輸出端再經(jīng)過一個與門接入。其中還加入一人行道的信號燈，這些燈的接</p><p>　　法就是紅燈接在相鄰車輛信號燈的

25、綠燈上，綠燈接在相鄰車輛信號燈的紅燈上即可，也就是該方向上的車輛通行，人行道就禁通行，反之，人行道通行。如下圖：</p><p><b>　　5．緊急開關(guān) </b></p><p>　　該開關(guān)這里用的是單刀雙擲開關(guān)，一端就是接入每個交通燈，直接接紅燈，其它燈是經(jīng)過了一個非門接入，該端還接入到倒計時計數(shù)器兩片74192的清零端。另一端是不起作用，其實也可以用一

26、個單刀單擲開關(guān)，該開關(guān)不僅能夠在發(fā)生緊急事件，可以手動控制四個方向紅燈全亮。在處理完緊急事件后，第一次開始進入正常運行狀態(tài)時還可以通過它控制切換選擇哪個方向開始先通行。</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單 </p><p><b>　　1．總原理圖 </b></p><p><b>　　2．元件清單<

27、;/b></p><p>　　五、仿真調(diào)試與分析： </p><p>　　1．在EWB軟件中打開設計好的仿真電路，點擊開啟運行，剛開始是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮； </p><p>　　分析：由于倒計時計數(shù)器中控制個位數(shù)字的74192的輸入輸入端A、C是同時接在計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器中的JK觸發(fā)器的正向輸出端Q，而在電路剛啟動時JK觸發(fā)器的現(xiàn)

28、態(tài)為O，所以剛開始是11進制的計數(shù)器，控制的就是南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。</p><p><b>　　效果如下圖：</b></p><p>　　2．5s過后數(shù)碼管顯示為05時，黃燈就開始閃爍，一直閃到數(shù)碼管顯示為00為止，其中紅綠燈狀態(tài)是不變的； </p><p>　　分析：當數(shù)碼管顯示為05時，說明倒計時計數(shù)器已經(jīng)計數(shù)到了只

29、有5s的狀態(tài)，此時驅(qū)動黃燈控制電路，并不影響其他電路的工作，由于黃燈控制電路是由一個74138構(gòu)成的，該芯片的輸入端A、B、C 分別接倒計時計數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192的輸出端QA、QB、QC，為了保證是在顯示器只是在顯示0~5s時黃燈亮，應把此74138的使能端G1由倒計時計數(shù)器中的控制十位數(shù)字的74192的輸出端QA與由倒計時計數(shù)器中的控制個位數(shù)字的74192的輸出端QD通過一個或門再經(jīng)過一個非門接過去，這樣就只有當

30、QA為0，并且QD也為0時才開啟此塊芯片。由于74138的輸出端是低電平有效，所以6輸出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5都分別經(jīng)過一個非門然后都接入一個或門，那么或門的輸出端就是接黃燈的。</p><p><b>　　效果如下圖</b></p><p>　　3．然后切換到東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，10s過后開始黃燈閃爍，，一直閃到數(shù)碼管顯示為00為止，其中紅

31、綠燈狀態(tài)是不變的； </p><p>　　分析：當11進制倒計數(shù)完成之后，到數(shù)碼管顯示為00時，就馬上驅(qū)動計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器也即信號燈轉(zhuǎn)換電路，因為它就是一個下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器構(gòu)成的，其中J、K端都同時接高電平，即構(gòu)成了一個T觸發(fā)器，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，其時鐘輸入端是由倒計時計數(shù)器中的兩片74192的八個輸出端經(jīng)過一個或門然后經(jīng)過一個非門接入，在不需要翻轉(zhuǎn)的時間段里，時鐘輸入端一直輸入的是低電平，一旦當11(

32、15)進制倒計數(shù)到00時，會使得時鐘輸入端輸入1，從0－>1，即產(chǎn)生了一個下降沿，使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，使得次態(tài)為1，由以上單元電路設計中的倒計時計數(shù)器可知，此時控制個位數(shù)字的74192的輸入端A、C都為1，則此時個位的二進制編碼是0101即十進制的5，并且同時置數(shù)，這樣就實現(xiàn)了進制轉(zhuǎn)換，并且在轉(zhuǎn)換的同時，由交通燈顯示電路的輸入端可知同時也轉(zhuǎn)換了交通燈的顯示；效果如圖11。 </p><p>　　4．

33、在任何時候都可以按下緊急開關(guān)，一旦按下緊急開關(guān)，四個方向的交通燈只有紅燈全亮，并且同時數(shù)碼顯示管都顯示為00，當需要恢復正常通行就可以彈開緊急開關(guān)，就一切顯示都會恢復正常，并且我們可以注意到，在按下緊急開關(guān)時如果是東西方向通行的話，彈開緊急開關(guān)后，是首先恢復南北方向通行，反之，是首先恢復東西方向通行； </p><p>　　分析：由以上單元電路設計中緊急開關(guān)交通燈顯示電路的設計可知，當按下緊急開關(guān)倒計時

34、計數(shù)器一直處于清零狀態(tài)，所以顯示00；并且緊急開關(guān)的有效端就是直接接到了紅燈，其它燈是通過了一個非門才接入，所以只有紅燈亮；由于在按下緊急開關(guān)時， </p><p>　　信號燈轉(zhuǎn)換電路也即計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器中的JK觸發(fā)器保持了按下緊急開關(guān)之前的次態(tài)，當彈開緊急開關(guān)時，由于倒計時器是處于00狀態(tài)，這時就會給計數(shù)進制轉(zhuǎn)換器一個下降沿，使得JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，如果原來是1，現(xiàn)在就是0，反之，現(xiàn)在就為1， 

35、;這樣就可以通過緊急開關(guān)來控制恢復通行的第一次是哪個方向首先通行。 </p><p><b>　　效果如下圖：</b></p><p><b>　　六、結(jié)論與心得 </b></p><p>　　課程設計誠然給了我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思

36、，給了我莫大的空間。至于建議，一言以蔽之，大學教育當如此。 </p><p><b>　　七、參考文獻 </b></p><p>　　[1]高吉祥。 數(shù)字電子技術(shù)。 北京：電子工業(yè)出版社 </p><p>　　[2]梁宗善。 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設計[M]。 武漢：華中理工大學出