交通灯设计报告.docx
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交通灯设计报告
数字电子技术课程设计实验报告
<一>课程性质
数字逻辑课程设计
<二>课程目的
训练学生综合地运用所学的《数字逻辑》的基本知识,使用电脑EWB仿真技术,独立完整地设计一定功能的电子电路,以及仿真和调试等的综合能力。
本次电脑仿真所用的软件版本为Multisim11.0
<三>课程设计题目
题目:
交通灯控制电路的设计
要求:
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求东西方向车道和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为45秒。
时间可设置修改。
2、在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮5秒钟,才能变换运行车道;
3、黄灯亮时,要求每秒闪亮一次。
4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用倒计时的方法)。
6、假定+5V电源给定、同步设置人行横道红、绿灯指示。
〈四〉设计原理与参考电路
1、分析系统的逻辑功能,画出其框图
交通灯控制系统的原理如下
2、信号转换
状态1:
东西方向车道的绿灯亮,车道,人行道通行;南北方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行。
状态2:
东西方向车道的黄灯亮,车道,人行道缓行;南北方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;
状态3:
东西方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;南北方向车道的绿灯亮,车道,人行道通行;
状态4:
东西方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;南北方向车道的黄灯亮,车道,人行道通行
3、方案
选用JK触发器,设状态编码为:
S0=00 S1=01 S2=11 S3=10,其输出为Q1Q0,则其状态表为:
表1状态编码与信号灯关系表
现态
次态
输出
Q1n
Q0n
Q1n+1
Q0n+1
Ga
Ya
Ra
Gb
Yb
Rb
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
4、倒计时计数器
十字路口要有数字显示,作为倒计时提示,以便人们更直观地把握时间。
具体为:
当某方向绿灯亮时,置显示器为某值,然后以每秒减1,计数方式工作,直至减到数为“5”和“0”,十字路口绿、黄、红灯变换,一次工作循环结束,而进入下一步某方向的工作循环。
在倒计时过程中计数器还向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0。
作G=0时的卡诺图:
BC00011110
X
1
1
1
1
1
0
0
A0
1
倒计时显示采用七段数码管作为显示,它由计数器驱动并显示计数器的输出值。
计数器选用集成电路74190进行设计。
74190是十进制同步可逆计数器,它具有异步并行置数功能、保持功能。
74190没有专用的清零输入端,但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。
表274190的状态表
CTEN
D/U
CLK
LOAD
ABCD
QAQBQCQD
0
X
X
0
XXXX
ABCD
0
1
POS
1
XXXX
CountDown
0
0
POS
1
XXXX
CountUp
1
X
X
X
XXXX
Qa0Qb0Qc0Qd0
现选用两个74190芯片级联成一个从可任意设定时间00~99倒计至00的计数器,其中作为个位数的74190芯片的CLK接秒脉冲发生器(频率为1),再把个位数74190芯片输出端的QA、QD用一个与门连起来,再接在十位数74190芯片的CLK端。
当个位数减到0时,再减1就会变成9,0(0000)和9(1001)之间的QA、QD同时由0变为1,把QA、QD与起来接在十位数的CLK端,此时会给十位数74190芯片一个脉冲数字减1,相当于借位。
具体连接方法如图一:
图1
信号LD由两个芯片的8个输出端用或门连起来,决定倒计时是置数,还是计数。
工作开始时,LD为0,计数器预置数,置完数后,LD变为1,计数器开始倒计时。
当倒计时减到数00时,LD又变为0,计数器又预置数,之后又倒计时,如此循环下去。
图2
预置数(即车的通行时间)功能:
如图2所示,8个开关分别接十位数74190芯片的D、C、B、A端和个位数74190芯片的D、C、B、A端。
预置数的范围为6~98。
假如把通行时间设为25秒,就像图1的接法,H接0,J接0,K接1,L接0,8接0,4接1,2接0,1接1。
(接电源相当于接1,接地相当于接0)
图3
向译码器提供模5的定时信号T5和模0的定时信号T0:
T0表示倒计时减到数“00”(也即绿灯的预置时间,因为到00时,计数器重新置数),T0=1,此时T0给译码器一个脉冲,使信号灯发生转换,一个方向的绿灯亮,另一个方向的红灯亮。
接法为:
把两个74190计数器的8个输出端用一个集成的八输入一输出或门连起来。
T5表示倒计时减到数“05”时。
T5=1,此时T5给译码器一个脉冲,使信号灯发生转换,绿灯的变为黄灯,红灯的不变。
接法为:
当减到数为“05”(00000101)时,把十位计数器的输出端QA、QB、QC、QD连同个位计数器的输出端QB、QD用一个或非门连起来,再把这个或非门与个位计数器的输出端QA、QC用一个与非门连接起来。
具体连接方法如图3所示。
5.要求黄灯每秒闪一次,用一个频率为1的脉冲一端与控制黄灯的输出信号的JK触发器连接起来,另一端再接到黄灯。
6.整个交通灯控制系统的布局黄灯闪烁控制
如图4所示
图4
<五>仿真过程与效果分析
1、根据题目的要求,整个交通灯控制系统需要有4个时间显示器,28个交通灯。
我在这里共接了6个时间显示器,其中4个用于交通倒计时,另外2个用于显示当前置数
图6模拟输出界面
2、点击启动按钮,便可以进行交通灯控制系统的仿真,电路默认把通车时间设为25秒,打开开关后,东西方向绿灯亮,“东来西往”的行人车辆都可自由通行;南北方向车道的红灯亮,南来北往的行人车辆皆禁止通行。
时间显示器从预置的25秒,以每秒减1,减到数5时,东西方向车道的绿灯转换为黄灯,而且黄灯每秒闪一次,其余灯都不变。
减到数1时,1秒后显示器又转换成预置的25秒,东西方向车道的黄灯转换为红灯,人行道的红灯转换为绿灯;南北方向车道的红灯转换为绿灯,人行道的绿灯转换为红灯。
如此循环下去。
3、修改通车时间为其它的值再进行仿真(时间范围为6~98秒),效果和上面差不多,东西方向车道的绿灯亮,时间倒计数5,车灯进行一次转换,到0秒时又进行转换,而且时间重置为预置的数值,如此循环。
<六>主要器件
两片941920
<七>参考资料
1、电子电工技术试验
2、余孟尝,《数字电子技术基础简明教程》
3、毕满清,《电子技术实验与课程设计》
〈八〉总结体会
开始拿到题目的时候,还不知道怎么去做,因为自己对这门课的一般设计都不是很会.对很多的芯片的功能都不是很清楚.还有ewb仿真软件,以前才来没有接触过,只是现在需要的时候才开始用它,它的功能,按键都不清楚.
通过这次课程设计,加强了我动手、思考和解决问题的能力.现在设计已经做好了,自己感觉还是比较好的,虽然花了很多的时间,但学到了很多东西.做课程设计的时候,自己把整个书本都看了几遍,增强了自己对知识的理解,很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了.在课程设计的过程中,我想了很多种方案,对同一个问题(像计数器的接法)都想了很多种不同的接法,运用不同的芯片进行了比较,最后还是采取了上面的方法进行连接.在连线过程中,经常会遇到一些问题,比如接错线,无意中删除了一些线等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.但似乎时间过得真的很快,我用了好几天才把它完全弄完,完成后,心里有一种说不出的高兴.
这次课程设计之后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然的话,你会花更多的时间才会做好.课程设计有利于提高我们的动手能力,能把我们所学的书本知识运用到实际生活中去.同时也丰富了我们的业余生活,提高我们对知识的理解能力.
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