简易交通灯控制的设计.docx

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简易交通灯控制的设计

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称电子线路课程设计

课程设计题目简易交通灯控制的设计

课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

设计一个简易交通灯控制逻辑电路，要求：

1、东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。

2、东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。

3、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间15s。

4、如果发生紧急事件，可以动手控制四个方向红灯全亮。

二、设计要求

1.在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1.童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2006

2.闫石，数字电子技术基础（第五版）出版社，高等教育出版社2005

3.陈孝彬，555集成电路实用电路集，高等教育出版社2002-8

4.王刚，TTL集成电路应用，机械工业出版社，2000-10

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表：

序号

评定项目

评分成绩

1

设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）

2

设计结果可信（例如：

系统分析、仿真结果）（15分）

3

态度认真，遵守纪律（15分）

4

设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）

5

答辩（30分）

总分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日

1．方案设计

根据任务要求，不妨设：

S1：

东西方向通行时间25s；

S2：

东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s；

S3：

南北方向通行时间l5s；

S4：

如果发生紧急事件。

表1主电路状态与指示灯状态转换表

主电路

状态

东西方向绿灯G1

南北方向红灯R2

黄灯

Y

东西方向红灯R1

南北方向绿灯G2

S1

1

1

0

0

0

S2

0

0

1

0

0

S3

0

0

0

1

1

S4

1

0

0

1

0

主电路要实现S1→S2→S3状态的循环转换，而且可以在任何一个状态进入S4，并能恢复正常工作状态。

S1=25s；S2=5s；S3=15s。

基本方案如下

①、S1-S3使用1个74ls112的双JK触发器触发器。

当双JK触发器的JK端都接高电平时，实现T触发器的翻转功能

②、S4使用或门、非门实现，从表1可知：

G1=S3+S4

R2=S1·~S4

Y=S2·~S4

R1=S3+S4

G2=S3·~S4

③、使用异步置数的十进制计数器74192并配有共阴极8421码的数码管实现。

图1整体方案框图

1、计时器：

使用上升时序，个位、十位两片74192。

进位关联使用个位TCU＝十位UP实现数据状态通过判断条件进入选择器74S153。

判断条件成立后执行清零。

2、时序Sx控制：

使用74LS112改装的T触发器2个，实现S1→S2→S3状态的循环转换。

3、判断时钟、Sx：

判断74192和74LS112的状态，满足条件输出74192的清零使能和74LS112的CLK信号。

4、翻译Sx－LED，翻译S1、S2、S3对应LED的5个状态：

5、输出调整电路，令紧急电平开关控制LED的状态。

二．单元电路的设计：

1、秒脉冲电路的选择设计

本实验采用555定时器组成的多谐振荡器，如图2所示，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因此电容的充电时间变为T1=（R1+R2）C1ln2，放电时间变为T2=R2Cln2,故电路的振荡周期为T=（R1+2R2）Cln2。

通过改变R1，R2，C1的值，可改变振荡周期的大小。

图2555电路原理图

2、计时系统电路的选择设计

计时系统主要由两片异步置数的74192计数器和四输入8421码的数码管构成，计数器由两片74192十进制计数器组成两位十进制加法计数器，控制个位数的74192接入脉冲输入，进位输出端接十位数的加计数输入端。

两个芯片上的计数器输入端都接地，清零端接紧急开关，当紧急开关接地时，清零端输入低电平，计数器正常工作，当紧急开关接高电平时，计数器清零停止工作。

74S153的1Y、2Y通过一个或门后接两个74192的预置数端，数据状态通过判断条件进入选择器74S153。

判断条件成立后执行清零。

控制个位数的74192的QB、QC经与门接入74S153的B输入端，当个位到达6时，输出为“1”；控制十位数的74192的QA接74S153的1C2、2C1、2C3，当十位到达1时，输出为“1”。

计数器的输出端分别连接对应数字译码显示器的输入端。

电路如图3所示

图3计时系统电路图

3、状态转换电路的选择设计

状态控制器是交通灯控制电路的核心，直接影响红黄绿三灯的转换。

本设计需要循环的状态一共是三个，分别是S1、S2、S3，由于双JK的74LS112少见，故采用两片74LS73来构成JK触发器，当J和K都接高电平时，相当于T触发器，当时钟信号为高电平时实现状态翻转低电平保持不变。

之后将转换的信号状态送给译码器进行状态翻译，转换电路如图4所示：

图4状态转换电路图

用双JK触发器构成的T触发器，它的现态及次态输出即：

则有：

使2个T触发器的4状态循环变为3状态循环，使用

作系统

由选择器74153判断。

表274LS73的状态转换表

74LS73

74LS73

状态

持续时间

S1

00

11

25S

S2

01

10

5S

S3

11

00

15S

状态转换图：

图574LS73的状态转换图

4、时钟、状态控制判断系统电路的选择设计

判断系统由双四选一的74S153数据选择器构成，电路图6所示：

图6状态控制电路图

数据选择器输出的逻辑表达式为：

1Y=[1C0（~A~B）+1C1（~AB）+1C2（A~B）+1C3（AB）]·1G;

2Y=[2C0（~A~B）+2C1（~AB）+2C2（A~B）+2C3（AB）]·2G;

由图可知：

1C0=1C1=2C0=2C2=0;

1C2=2C1=2C3=QA（十位74192）；

1C3=1;

B=QA·QB（74S153）;

A=Q0（JK074LS73）;

~1G、~2G分别接Q1（JK174LS73）和~Q1（JK174LS73）状态转换表如下：

表3Q1*和Q1的状态转换表

状态

Q1

74LS73

Q0

74LS73

S1

1

0

0

1

1

S2

1

0

1

1

X

S3

1

1

1

X

1

5.状态翻译电路的选择设计

状态翻译电路由74LS138（3-8线译码器）实现，电路如图7所示：

图7状态翻译电路图

A=Q0（74LS73）

B=Q1（74LS73）

C接紧急开关

6.紧急开关设计

紧急开关电路如图8所示：

图8紧急开关电路图

当紧急开关接地电平时，74192计数器正常工作，74LS138译码器工作输出为Y0、Y1、Y3，LED灯正常工作；当紧急开关接高电平时，74192计数器停止。

7.信号灯系统电路设计

信号灯系统由12个不同颜色的LED灯构成的，电路如图9所示：

图9信号灯系统电路图

三．Multisim仿真测试

1.东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，时间25s。

图10东西方向通行图

2.东西方向与南北方向黄灯亮，时间5s。

图11黄灯显示图

3.南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，时间15s。

图12南北方向通行图

四．实验体会

通过近10天的课设，让我对模电和数电有了新的认识，尤其是巩固了数电课程知识，加深对基本器件、FF、时序电路、逻辑电路的理解。

并对实验过程中用的仿真软件mulitisim有了更进一步的掌握，虽然过程中出现了好多问题，但慢慢研究之后，请教同学之后，运用自己所学的理论知识做出一件件实物，确实是一件令人愉快的事情，而且在搭硬件时，对各类器件的功能也有了深刻学习，希望在以后能有更多的动手操作机会.

参考资料

【1.】闫石，数字电子技术基础（第五版）出版社，高等教育出版社2005

【2.】童诗白，华成英主编，模拟电子技术基础，高等教育出版社2006

【3】.陈孝彬，555集成电路实用电路集，高等教育出版社2002-8

【4】.王刚，TTL集成电路应用，机械工业出版社，2000-10

【5】.路勇主编.电子电路实验及仿真.[M]北京：

北方交通大学出版社，2004

【6】.董玉冰主编.Multisim9在电工电子技术中的应用.[M]北京：

清华大学出版2008-8.

【7.】（美）拉贝艾//钱德卡桑//尼克里克z编，国外电子与通信教材系列，电子工业出版社，2012-05-01

附录:

Ⅰ实验设计图

元器件清单

元件序号

元件编号

型号

主要参数

数量

1

74192

74LS192

十进制、LOAD低电平有效

2

2

74S153

74LS153

2组数据4选1选择器

使能端Ea、Eb低电平有效

1

3

74LS73

74LS73

J＝K＝T，2个T触发器

2

4

R1，R2

0.05K

2

5

C1

100u

1

6

C2

0.01u

1

7

74LS138

74LS138

3-8线译码器

1

8

G0

74LS00+74LS04

2输入与门

1

9

G1、G2

74LS00

2输入与非门

1

10

G3、G6、G7、G8

74LS04

2输入非门

1

11

G4、G9、G10

74LS02+74LS04

2输入或门

1

12

G5

74LS86

2输入异或门

1

13

红LED灯

2.5V

4

14

绿LED灯

2.5V

4

15

黄LED灯

2.5V

4

16

个（十）位显示器（数码管）

DCD_HEX

2